En el número 414 del edificio Jesús Emilio Ramírez S. J. la temperatura baja a -263 grados centígrados. Allí, justo a la altura de la carrera 7ª con calle 43, en el barrio Chapinero de Bogotá, podría estar el punto más frío de Colombia. Un criostato de ciclo cerrado de helio líquido permite hacer controles de temperatura que contribuyen a explicar cómo y por qué funciona un dispositivo orgánico emisor de luz.
Pero la temperatura también sube en el laboratorio de espectroscopía, y sube mucho cuando los físicos del grupo de investigación en Películas Delgadas de la Universidad Javeriana descargan su energía creadora, de conocimiento y de análisis, en el desarrollo de diodos detectores de rayos X, pantallas planas, celdas solares o memorias de alta densidad, elaborados a partir de materiales que sean biocompatibles y amigables con el ambiente.
Imagínese usted enrollando la pantalla de su televisor para llevarla bajo el brazo o preparándose para una radiografía de rodilla, en cuyo procedimiento ya no tendrá que apoyar su pierna sobre una superficie fría y rígida de metal sino que deberá disponerse a que esta sea envuelta en una fina lámina de material plástico llena de detectores de rayos X, con los que usted se evitará ser expuesto a varias radiaciones y el médico obtendrá múltiples imágenes de su extremidad.
Pero también podría imaginar una ventana que en el día permite que la luz exterior la traspase, pero en la noche la película con la que está fabricada se encarga de emitir la luz necesaria para iluminar el espacio interior. O un estudio de fotografía del que han desaparecido las tradicionales pantallas y paraguas con los que se maneja la iluminación para dar paso a una especie de telón que permite controlar la intensidad, el color, el brillo y la calidad de la luz que se requieren para cada toma.
Luis Camilo Jiménez, Hernán Rodríguez, Henry Méndez, Beynor Páez y Juan Carlos Salcedo, después de cursar sus doctorados, tres de ellos en Alemania y el último en México, se encontraron en la Javeriana en donde comparten su experiencia internacional y la idea de apropiarse de tecnologías utilizadas en el exterior para desarrollarlas o adaptarlas al medio colombiano. Su mundo es el de la nanotecnología; son expertos en estudiar el comportamiento de sistemas físicos a escala nanoscópica, es decir, mil millones de veces más pequeña que un metro.
El avance de la tecnología ha permitido que la materia se manipule a esta escala, lo que ha hecho que la perspectiva de trabajo para los investigadores sea inmensa en la medida en que se hace posible fabricar “materiales artificiales con propiedades ópticas, electrónicas, estructurales o de cualquier otro tipo”, explica Henry Méndez a Pesquisa, vía Skype, desde la ciudad alemana de Berlín, en donde se encuentra en una estancia posdoctoral en el Instituto de Física de la Universidad de Humboldt.
El grupo de Películas Delgadas, con cinco líneas de investigación registradas en Colciencias —semiconductores orgánicos, cristales fotónicos, espectroscopía UV, VIS e IR, física de películas optoelectrónicas, instrumentación tecnológica física— se destaca en el país por su trabajo en las áreas de optoelectrónica orgánica y cristales coloidales.
Precisamente, uno de los principales resultados de su trabajo proviene de la electrónica orgánica, una tecnología basada en moléculas orgánicas cuyo elemento fundamental es el carbono. El grupo fue el primero en desarrollar en Colombia un dispositivo electroluminiscente o diodo orgánico emisor de luz (OLED, por sus siglas en inglés —Organic Light Emitting Diode—), con base en los polímeros orgánicos que permiten, como lo explica Beynor Páez, “lograr mayor luminosidad, mejor definición y gran variedad de colores”.
El proceso de producción del dispositivo ya está dominado en los prototipos, ahora viene el de mejorar sus características ópticas y eléctricas, y avanzar en sus aplicaciones.
El trabajo fue fruto de un proyecto realizado en el grupo por los estudiantes Diana Pardo y Juan Pablo Cuéllar, bajo la dirección de los investigadores Henry Méndez y Juan Carlos Salcedo, y asesorados por Ricardo Vera, del Departamento de Química, y Beynor Páez, quien en ese entonces se encontraba vinculado al Instituto Qubiton Laboratories de Austria.
En la tarea de producir y explicar
Cuenta Henry Méndez que los materiales orgánicos están basados en átomos de carbono, y forman cadenas largas (polímeros) o pequeñas moléculas, a partir de las cuales los físicos pueden experimentar en la realización de dispositivos flexibles, transparentes, livianos, no-contaminantes y eventualmente biocompatibles.
Dispositivos como el OLED, explica Juan Carlos Salcedo, son el fundamento de la “nueva tecnología de pantallas planas y televisores enrollables ultradelgados que promete a corto plazo sustituir las actuales tecnologías LCD (Liquid Crystal Display) y de plasma.
Para la fabricación de pantallas planas se requieren al menos tres polímeros emisores de luz en los colores primarios (rojo, verde, azul: RGB) por cada pixel, cuya combinación da lugar a la gama de colores visible, y su tamaño es del orden de los nanómetros (una millonésima de milímetro).
En lo anterior está la base de la televisión de alta resolución del futuro, que, además, tendrá menos impactos negativos sobre el medio ambiente, ya que la fabricación de los dispositivos se hace con materiales no contaminantes y porque el voltaje de encendido será menor a 12 voltios, comparados con los miles que requiere un televisor de plasma”.
La base de estos dispositivos lumínicos es que se tiene un electrodo inyector de cargas positivas y otro de cargas negativas. La idea es que cuando se inyecta en un dispositivo cargas de ambos tipos, bajo ciertas condiciones, hay emisión de luz.
Entonces, cuenta Méndez, “nuestra investigación se centra en que hay demasiados obstáculos para que eso suceda; de ahí que la experimentación se oriente a superar esas dificultades, a encontrar los materiales adecuados, a optimizar los procesos de producción, a mejorar la eficiencia de los dispositivos y a caracterizar y explicar qué sucede en cada prueba”. Como físicos, dice Páez, “nuestro reto no es solamente hacer los dispositivos sino explicar por qué funcionan”.
El solo proceso de fabricación del diodo, que se lleva a cabo en el área de materiales del laboratorio, puede requerir un protocolo de no menos de cincuenta pasos, en el que se recogen múltiples técnicas, años de trabajo y gran experiencia, precisa Luis Camilo Jiménez.
Del área de producción se pasa a la de caracterización, en la que se estudia la luz que emite el dispositivo orgánico que se fabricó, de tal forma que sea posible entender la estructura molecular y hacer modelos físicos.
Una de las características principales de todos los dispositivos ópticos y electrónicos es que su funcionamiento depende de la temperatura. De ahí los juegos de temperatura que se manejan en el laboratorio. Y con un microscopio de fuerza atómica hacen la caracterización estructural del material.
Todo este tipo de mediciones va acompañado de modelos teóricos, para luego regresar al área de producción con el fin de comprobar que el modelo teórico funciona.
Altas temperaturas que contagian
En Colombia, como bien lo señala Páez, “se puede hacer muchísimo con el conocimiento adquirido por sus científicos, específicamente en aspectos puntuales del mundo de la nanotecnología; pero desafortunadamente la industria no tiene la cultura de invertir en ciencia y desarrollo”.
Con el agravante, puntualiza Salcedo, de “que los industriales quieren resultados inmediatos, y les parece que no pueden invertir en procesos de investigación que tomen más de dos años”. Lo que no se puede desconocer es que se está frente a una tecnología que promete. Las claves del éxito, aunque parezca una verdad de Perogrullo, son, en palabras de Jiménez, “el trabajo en equipo, la constancia, la permanencia y la voluntad institucional”.
Las altas temperaturas de producción científica del grupo de Películas Delgadas han contagiado a buen número de estudiantes javerianos a quienes les encanta la nanotecnología y empiezan a entender que este no es un campo en el que se crean robots de tamaño nanométrico, sino que implica saber controlar estructuras muy pequeñas y que, para lograr ese control, se necesita aprender mucha matemática, mucha ingeniería, mucha física y tener gran disciplina.
Para leer más…
+Méndez, H; Pardo, D; Cuéllar, J. P.; Salcedo, J. C.; Vera, R. y Páez, B. (2010). “Analysis of the Current-voltage Characteristics of Polymer-based Organic Light-emitting Diodes (OLED) Deposited by Spin Coating”. Universitas Scientiarum 15 (1): 68-76. Disponible en: https://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=49913062007. Recuperado en 20/07/2011.