En la actualidad, la nanociencia y nanotecnología ocupan un lugar importante en el ámbito científico y tecnológico en diferentes disciplinas, desde la fabricación de dispositivos electrónicos hasta aplicaciones en medicina. Dada su relevancia, Gregorio Hernández Cocoletzi, investigador del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP), centra su trabajo en la explicación teórica de las propiedades de las nanoestructuras, como nanopartículas, nanoalambres y nanotubos, para determinar la estabilidad estructural y su factibilidad experimental.

“Nuestro trabajo es buscar, por medio del modelado computacional, la factibilidad experimental; es decir, mediante estudios predictivos explorar la posible realización experimental de las nanoestructuras y de esta forma indagar en sus aplicaciones”, señaló el doctor en Física, por la Facultad de Ciencias de la UNAM.

El también responsable del Cuerpo Académico Física Computacional de la Materia Condensada explicó que la fabricación física de nanoestructuras requiere de equipos sofisticados, por ejemplo la epitaxia de haces moleculares y la caracterización por medio de microscopios electrónicos, por ello es importante realizar de manera previa un estudio teórico de factibilidad experimental.

De allí que en esta primera etapa se realizan cálculos de primeros principios para determinar la energía total del sistema, para conocer el orden de los átomos y con ello garantizar estructuras estables; también se investigan las propiedades electrónicas y ópticas.

En esta tarea, estudiantes de doctorado e investigadores del mencionado cuerpo académico del IFUAP utilizan software no comercial, tal es el caso del código SIESTA para el análisis de nanotubos y nanoalambres, el código PWscf, del paquete Quantum ESPRESSO, para simular materiales, incluso que aún no se fabrican; así como el código abinit para el estudio de propiedades ópticas. Posterior a la caracterización teórica, las siguientes etapas son la realización experimental e ingenieril, es decir, su fabricación y aplicación.

Hernández Cocoletzi abundó que otra vertiente de estudio es tomar un sistema publicado, para tratar de explicar las propiedades físicas de los sistemas. Por otro lado, se tienen colaboraciones con grupos experimentalistas en instituciones de Estados Unidos y Brasil, donde se preparan y caracterizan muestras para calcular propiedades y comparar con los experimentales.

Una de las colaboraciones es con la Universidad de Ohio, en Athens, Ohio, Estados Unidos, donde actualmente un estudiante del IFUAP realiza una estancia de investigación mediante una beca mixta Conacyt, para efectuar cálculos de primeros principios y estudiar resultados experimentales.

ESTUDIO DE NANOESTRUCTURAS

Como parte de los estudios teóricos, el doctor Gregorio Hernández Cocoletzi, nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), precisó que en el Instituto de Física se realizan los cálculos pertinentes de estabilidad estructural de nanoestructuras, entre ellos de nitruro de boro. También se investiga al grafeno, material que simula un panal de abejas y se emplea como componente de dispositivos electrónicos, por ejemplo diodos emisores de luz y sensores.

Se han realizado cálculos sobre las propiedades estructurales y electrónicas del encapsulamiento de moléculas orgánicas en nanotubos de nitruro de boro. Uno de los objetivos de estos estudios es la aplicación de estos sistemas en la medicina. Se espera que este tipo de nanotubos pueda transportarse dentro del cuerpo humano y que la sustancia encapsulada llegue al órgano que la requiera.

Asimismo, se analiza el diseño estructural de nanoalambres de nitruro de galio, los cuales se fabrican hace más de 10 años por medio del método llamado catalítico asistido por láser. Estos materiales se pueden usar en transistores de efecto de campo, los cuales a su vez se utilizan en los microprocesadores, que son el cerebro de las computadoras.

Estas son algunas de las posibles aplicaciones de la nanociencia y nanotecnología, el área de estudio del doctor Hernández Cocoletzi, mismas que hacen posible la miniaturización de los dispositivos, lo cual ha permitido que los equipos electrónicos hayan reducido de tamaño también.