Aniversario 60 del Departamento de Estado Sólido del Instituto de Física

Este 2022, el Instituto de Física de la UNAM está conmemorando el 60 aniversario de su Departamento de Estado Sólido, el segundo más antiguo de la institución –después de Física Teórica, fundado en 1939–, y cuya importancia se puede dimensionar si se considera la amplia influencia que ha tenido en la generación de ciencia básica para el conocimiento de las propiedades estructurales, ópticas, eléctricas y magnéticas de los cristales, así como en la investigación experimental enfocada, principalmente en la actualidad, en el desarrollo de materiales para la nanotecnología.

Fundado en 1962 bajo la dirección de Fernando Alba Andrade, el inicio del Departamento de Estado Sólido es el resultado de la incorporación de dos laboratorios (o secciones) hasta entonces independientes: uno de Rayos X (surgido en 1948) y otro de Electrofísica (de 1958). A partir de entonces, ambos unieron conocimientos, infraestructura y esfuerzos para desarrollar una línea de investigación en común: el estudio, mediante energía electromagnética (muchas veces rayos X, pero no exclusivamente), de las propiedades de los sistemas cristalinos.

En un principio, el de Rayos X fue el primer departamento mexicano con la capacidad de analizar las concentraciones y especies de los diferentes compuestos que conforman los cristales. Esto mediante un método llamado “difracción de rayos X por polvos”, que consiste en hacer incidir estos rayos a cristales pulverizados para después analizar su espectro de difracción; es decir, la intensidad de rayos X que salen del cristal en diferentes direcciones privilegiadas, llamadas “direcciones de difracción”. De modo que era el único laboratorio con la capacidad de determinar con detalle la identidad de los cristales.

Por tal razón, tanto entidades públicas como privadas se acercaron al Instituto de Física en busca de ayuda, como fue el caso del Nacional Monte de Piedad, que requería caracterizar perlas cultivadas y artificiales; o la Comisión Nacional de Energía Nuclear, que buscaba determinar en los cristales mexicanos las concentraciones de torio y uranio, dos elementos de importancia económica dado su papel prominente en el desarrollo de energías nucleares.

Por otro lado, el laboratorio o sección de Electrofísica se concentraba en el estudio de las propiedades eléctricas de la materia en estado sólido. Sin embargo, para poder llevar a cabo sus investigaciones necesitaba de cristales muy específicos. De modo que, encarnando aquella filosofía que reza “hazlo tú mismo”, desarrollaron de manera paralela una línea de investigación consagrada al crecimiento de cristales mediante hornos, los cuales fueron diseñados y manufacturados por la misma sección.

Una vez que ambas secciones se unieron, el nuevo departamento heredó las técnicas para el crecimiento de cristales y las metodologías para el análisis de materiales sólidos mediante difracción de rayos X.

Más de media década después, muchos avances en el campo y decenas de artículos publicados, el departamento ha diversificado de manera sobresaliente las líneas de investigación a las que dedica sus esfuerzos. Así, buscan comprender los componentes de los materiales nanoestructurados para poder manipularlos a diferentes niveles.

Los investigadores del Instituto de Física de la UNAM son capaces de diseñar materiales muy refinados, como es el caso de los semiconductores, una de las tecnologías más eficientes e importantes en la industria tecnológica moderna.

Además de la creación de aparatos electrónicos cada vez más pequeños y potentes, el estudio de la materia sólida busca impactar en otros campos de interés común. Al día de hoy, en el Instituto de Física los investigadores trabajan en tecnologías que permiten resolver problemas diversos, como atenuar los síntomas del mal de párkinson, realizar la limpieza de colorantes en aguas residuales o llevar a cabo la disminución de gases contaminantes de automóviles, en este caso, mediante la implementación de materiales conocidos como “geles fotónicos”.

Para el caso del párkinson, uno de los principales causantes de la enfermedad es la carencia del neurotransmisor dopamina que, aunque es posible sintetizarlo fuera del cerebro humano, es una molécula que se degrada rápidamente; de modo que introducirla de manera directa al cuerpo resulta inviable. Por esta razón, en el Departamento de Estado Sólido han experimentado con la fabricación de un gel con la capacidad de contener dopamina, a la vez que evita su degradación.

Existen muchos proyectos en ciernes y, de lograr desarrollarlos con éxito, se postulan como posibles futuros que podrían revolucionar la vida cotidiana.