Desde Salamanca, la física Solmar Varela discutió los avances y desafíos de esta tecnología en diversos campos de la ciencia
Autoría: Acfiman
La vida depende de una partícula subatómica fundamental llamada electrón. Sin electrones no habría electrónica y, por consiguiente, no existirían dispositivos de comunicación como teléfonos móviles y computadoras, electrodomésticos como lavadoras y televisores, herramientas como taladros y sierras, así como consolas de videojuegos, marcapasos, monitores de presión arterial y carros a control remoto, entre muchos otros productos.
Pero ahora ya no se habla de electrónica a secas, sino del acrónimo espintrónica, tema recientemente discutido en el seminario virtual “Moléculas quirales y sus aplicaciones en la tecnología del futuro”, organizado por la Academia de Ciencias Físicas, Matemáticas y Naturales de Venezuela (ACFIMAN).
La encargada de ponerlo en el tapete fue la doctora Solmar Varela, física teórica de la Universidad Central de Venezuela (UCV, 2009) y doctora en Física de la misma casa de estudios (2016), actual experta en Comunicación Científica y Divulgación en la Unidad de Excelencia en Luz y Materia Estructuradas de la Universidad de Salamanca.
El misterioso espín
Hasta finales de la década de 1980, la electrónica −entendida como el estudio y la aplicación del comportamiento de los electrones sometidos a la acción de campos eléctricos y magnéticos− se basaba exclusivamente en la carga del electrón. La espintrónica cambió eso. También llamada magnetoelectrónica o electrónica basada en el espín, la espintrónica es un subcampo de la electrónica que emplea tanto la carga del electrón como su momento angular, conocido como espín.
“El momento angular es simplemente la tendencia de un objeto giratorio a seguir girando. Es lo que mantiene a los trompos girando y a las bicicletas en posición vertical”, escribió Adam Becker, escritor científico en el Lawrence Berkeley National Laboratory, en su artículo “Quantum Particles Aren’t Spinning. So Where Does Their Spin Come From?” (Scientific American, 2022). Sin embargo, los electrones, en realidad, no giran, a pesar de que el término proviene del inglés “spin” (giro). “No hay una partícula girando. Hay un campo girando y ese campo es lo que da lugar a las partículas”, sostiene Becker.
El espín es una propiedad intrínseca de los electrones y de todas las partículas elementales de la materia que las dota de magnetismo. Las partículas con espín adquieren propiedades magnéticas, similar a un pequeño imán. Durante la segunda mitad del siglo XX, el espín −concepto del que se empezó a hablar en 1925− fue útil para desarrollar láseres, explicar el comportamiento de los superconductores y señalar el camino hacia la construcción de computadoras cuánticas.
Cuestión de eficiencia
La eficiencia podría estar en manos del espín. Si se manipula el espín, es posible activar, desactivar o amplificar el flujo de corriente eléctrica en los dispositivos electrónicos, algo que depende de los transistores. “A mayor cantidad de transistores, más eficiente serán los dispositivos electrónicos”, explicó la doctora Varela. Pero, por razones de espacio, no se pueden agregar transistores infinitamente. Una forma de mejorar la eficiencia de los dispositivos electrónicos superando las limitaciones físicas es usando moléculas con espín, es decir, que tengan actividad magnética.
“¿Es posible usar moléculas orgánicas para generar bits en una computadora?”, se preguntó en el seminario la seleccionada como International Year of Quantum Communication Fellow de la American Physical Society (2025). La respuesta parece ser afirmativa. Un estudio de la Academia de Ciencias de Rusia publicado en Biofizika sugiere que la lisina, un aminoácido esencial para la producción de proteínas en el cuerpo, tiene un efecto magnético o de espín (Lapuk, V. A., 1999), llamado posteriormente Selectividad de Espín Inducida por Quiralidad (CISS, por sus siglas en inglés). “Bajo ciertas condiciones y con ciertos tipos de moléculas orgánicas, se puede medir actividad de espín o CISS. Las moléculas quirales son un buen ejemplo”, indicó la doctora Varela.
¿Qué son moléculas quirales?
El físico y matemático británico William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907) definió la quiralidad de la siguiente manera: “Llamo quiral a una figura geométrica o conjunto de puntos, y digo que posee quiralidad, si su imagen en un espejo plano, idealmente realizada, no puede hacerse coincidir con ella misma”.
El término quiral proviene del griego kheir (mano) y se refiere a cualquier cosa que no puede superponerse a su propia imagen especular. Las manos, por ejemplo, son quirales, ya que no se puede superponer la mano izquierda sobre la mano derecha (al hacerlo, los pulgares quedan en sentido opuesto), así como tampoco se puede introducir la mano izquierda en un guante para diestros (los guantes, en este caso, también son quirales).
Algunas moléculas orgánicas son quirales, lo que significa que no se pueden superponer a su imagen especular. Todos los aminoácidos que forman proteínas son quirales (excepto la glicina), como también son quirales el ácido desoxirribonucleico (ADN), el mentol de la crema dental y componentes de muchos detergentes. “Si las moléculas orgánicas quirales tienen actividad de espín o CISS, podríamos usarlas no sólo como unidad de almacenamiento, sino como sustituto de partes ferromagnéticas en dispositivos espintrónicos como los chips”, precisó la profesora en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la UCV durante el período 2010-2017.
Un camino de potencialidades
De acuerdo con la científica, quien fuera investigadora visitante en el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC) entre 2011 y 2013, moléculas orgánicas quirales con CISS aisladas en el laboratorio han mostrado una eficiencia experimental de hasta un 90 %, valor que aumenta a un 99,9 % cuando están organizadas en estructuras sólidas quirales. Además de ser sumamente flexibles, las moléculas orgánicas quirales con CISS son de bajo costo y ambientalmente amigables.
La doctora Varela trabajó como profesora en la Universidad Yachay Tech en la Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería de Ecuador (2017-2022). En 2022, obtuvo el Dresden Fellowship Junior para visitar el Chair of the Materials Science and Nanotechnology en la Universidad Técnica de Dresde (TU Dresden) en Alemania, de la cual fue profesora visitante en el Programa Eleonore Trefftz en 2023. Sus expectativas con respecto a las potencialidades del efecto CISS son tan robustas como su experiencia y van más allá de lo tecnológico. “El efecto CISS nos permitiría describir fenómenos biológicos fundamentales de manera completa y coherente a nivel cuántico, como la fotosíntesis”.
También mencionó la migración de las aves como ejemplo. Algunos autores proponen que las aves “ven” el campo geomagnético de la Tierra gracias a reacciones fotoquímicas ocurridas en la retina entre moléculas con CISS y criptocromos, unos fotorreceptores sensibles a la luz azul presentes en todos los reinos de la naturaleza y que participan en procesos relacionados con el ritmo circadiano. “Esto impactaría en física, química, biología y a nivel tecnológico. Gran parte de la espintrónica se está moviendo en esta dirección”.
Sin embargo, la cautela se impone en sus apreciaciones. “La evidencia experimental del efecto CISS existe, pero a nivel de dispositivos electrónicos queda un largo camino”.
Autoría: Acfiman
