Entrevista a José Eduardo García, físic del Grup de Caracterització Elèctrica de Materials i Dispositius (CEMAD) de la UPC
José Eduardo García, físic del Grup de Caracterització Elèctrica de Materials i Dispositius (CEMAD) de la UPC
Una recerca recent d'investigadors de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) i del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) sobre materials ferroelèctrics demostra per primer cop que és possible controlar-ne l'ordre polar a través de la llum, de forma reversible i sense cables.
Parlem d'aquesta troballa amb el físic José Eduardo García, un dels investigadors responsables del treball, que repassa les claus de les aplicacions pràctiques de la investigació en àmbits com ara la nanorobòtica, la transmissió d'energia o la computació quàntica.
Quines són les claus del treball sobre control òptic de la polarització en materials ferroelèctrics?
La recerca ha estat coliderada per l' Institut de Ceràmica i Vidre del CSIC i el Grup de Caracterització Elèctrica de Materials i Dispositius ( CEMAD ) de la UPC, amb un investigador de la Instal·lació Europea de Radiació Sincrotró (ESRF), de Grenoble, que és on s'ha posat en pràctica una gran part de les mesures experimentals que es presenten a la recerca.
La part científica del treball parteix del descobriment que hem realitzat sobre el comportament dels materials ferroelèctrics, els quals compten amb regions polars que en defineixen l'ordre polar macroscòpic.
Normalment aquest ordre polar es canvia per acció d'un camp elèctric, cosa que exigeix que el material porti elèctrodes i cablejat.
Nosaltres hem aconseguit demostrar que aquest ordre polar es pot canviar per acció de llum de baixa potència i, a més, d'una forma reversible.
Fins ara diversos estudis previs havien observat que es podia «escriure», és a dir, modificar, l'ordre polar dels materials ferroelèctrics, però de manera irreversible.
Ara hem demostrat que això es pot fer reversiblement.
En síntesi, això significa que, si aportem una certa quantitat de llum, serem capaços de modificar l'ordre polar i, per contra, si la traiem, aquest retorna a la seva posició original.
Una operació que podem fer de forma controlada i repetitiva.
On apunten les derivacions pràctiques de la troballa?
Les implicacions associades a aquesta troballa es desprenen del fet que ara podrem operar a través de la llum i sense contacte en tot allò que fins avui només érem capaços de modificar mitjançant camps elèctrics i amb contacte.
Això obre un món a tota una nova generació de dispositius, perquè, a més, la llum que emprem és molt barata, es tracta d'un díode làser que al mercat pot costar uns vint euros, un preu inferior al d'altres tipus de làser d'alta intensitat.
Aquesta llum, de règim continu i molt senzilla de controlar, ens ha permès dissenyar un experiment que es pot replicar amb molta facilitat en qualsevol laboratori.
El potencial de la recerca s'obre en principi a qualsevol tipus de dispositiu que existeix avui, però usant sistemes de circuits.
Un altre aspecte interessant és que el control, en ser a través de llum, té un equivalent elèctric de molt baixa intensitat i, per tant, permet modificar molt lleument i de forma controlada la polarització i les seves propietats relacionades.
Per exemple, podem incidir sobre nanoactuadors controlats per llum, que és un dels camps on estem treballant ara.
En preveieu futures aplicacions en l'àmbit de la computació quàntica?
Probablement sí, sempre que aquest fenomen es pugui aconseguir d'una forma ràpida.
Ara per ara, hem treballat sobre un material volumètric que requereix un temps de commutació amb una reversibilitat no instantània.
En canvi, per a la computació la velocitat és imprescindible.
Quan passem a treballar sobre nanoestructures, probablement siguem capaços de commutar la polarització en l'ordre que cal per a la computació avui dia, amb una magnitud de femtosegons (10 -15 segons).
Encara estem lluny d'això, però és una possibilitat.
Quin profit podria extreure la robòtica del control òptic de la polarització en materials ferroelèctrics?
El que sí que veiem viable a molt curt termini és la nanoactuació controlada per llum: poder produir una deformació d'ordre nanomètric en un material de forma controlada a través de la llum.
Això sí que té unes aplicacions pràctiques enormes, com ara la nanorobòtica.
Volem aprofundir en aquesta possibilitat des de la nostra perspectiva científica i aprofitar el fet d'estar sota el paraigua d'una institució tecnològica com la UPC per encoratjar d'altres a utilitzar aquesta nanoactuació.
És possible també explotar un desenvolupament pràctic en la transmissió d'energia sense cables?
El problema rau en quina part d'aquesta energia podem aprofitar.
Els materials ferroelèctrics són bons piezoelèctrics, que són adequats per a la traducció electromecànica.
Per tant, si deformem aquests materials, estarem generant una càrrega que, si es pot emmagatzemar, es converteix en energia.
Per efecte d'acoblament electromecànic del material mateix es perd energia en el procés, però estem parlant d'una energia que, literalment, és a l'ambient.
Per exemple, si pots aprofitar un 60 % de l'energia de l'aire que fa vibrar un cantilever seria moltíssim.
Com que es produeix actuació per efecte de la llum, es podria emmagatzemar com a energia.
És a dir, que pots excitar per llum a distància i emprar aquesta energia de la deformació del material.
Un dels àmbits interessants d'aplicació seria la nanorobòtica.
Aquesta entrevista s'emmarca en un butlletí RECERCAT dedicat al centenari del naixement de Richard Feynman.
Què significa per a vostè l'aportació de Feynman?
Sens dubte, per a un físic Feynman és la figura que ha creat la base filosòfica cap a la nanotecnologia.
Ell va canviar la perspectiva de pensar no de dalt a baix, sinó de baix a dalt.
Això ha estat un al·licient per a tota la comunitat científica per desenvolupar recerques a escala nanomètrica, com el cas de la nostra, en què s'empren tècniques d'alta resolució que han estat clau per desenvolupar una nova ciència a escala nanomètrica.
Preveieu explorar la derivació comercial de la recerca a través de la constitució d'una empresa derivada ( spin-off )?
No ho descartem, però ara estem centrats a demostrar que, efectivament, el control òptic de la polarització en un material ferroelèctric té aplicacions pràctiques reals.
Si, per exemple, aconseguim provar la possibilitat de disposar de nanoactuadors controlats per llum, ens podríem plantejar el desenvolupament empresarial de les aplicacions que se'n derivin.