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Lecciones de un Nobel

Una de las preguntas más frecuentes que la sociedad puede hacerle (y de hecho lo hace) a sus científicos es ¿para qué sirve lo que hacen?

En algunos casos la respuesta es fácil y directa, e involucra temas como encontrar la cura para diversas enfermedades y epidemias, regeneración celular, fuentes de energía más económicas y amigables con el ambiente, materiales biodegradables, sistemas de comunicación eficientes y rápidos y alimentos de mayor calidad nutricional, por dar algunos ejemplos.

Sin embargo, muchísimas veces las investigaciones científicas no responden a necesidades “útiles, directas e inmediatas” y para el grueso de la población parecerían más una entretención ociosa, frecuentemente abstracta. El problema con esta idea es que tales trabajos son indispensables para sentar las bases de lo que podrían ser beneficios públicos en el futuro.

La historia de la ciencia está llena de casos. Por ejemplo, cuando Albert Einstein estudió y describió el efecto fotoeléctrico —por lo cual ganó el Premio Nobel en 1921— nadie pensaba que 100 años después esto se convertiría en el fundamento de las cámaras digitales o, por otro lado, del desarrollo de paneles solares para producir energía eléctrica. Otro ejemplo, aun más revelador, son todas las comunicaciones actuales, de la radio convencional al internet y la comunicación vía satélite, que están basadas en experimentos y modelos teóricos sobre la electricidad y el magnetismo y que nada tenían que ver con los beneficios de hoy día.

Es por esto que la investigación y el estudio de cualquier área de la ciencia (y las matemáticas) es importantísima y debe hacerse sin limitarla a condiciones de utilidad inmediata. Lo que hoy se estudia y descubre, y parecería carecer de utilidad, muy probablemente dará una sorpresa en el futuro. Aún más, el esfuerzo personal de los investigadores al proseguir con su trabajo podría verse recompensado de una manera excepcional.

Un buen ejemplo de lo anterior es el premio Nobel de física de este año.

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EL pasado martes 7 se reveló que Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura, todos de origen Japones, fueron merecedores del Nobel de física 2014 por la invención de los diodos emisores de luz azul, es decir LEDs que emiten luz azul, los cuales ha sido utilizados para producir luz blanca más brillante y de forma más eficiente, señaló la Real Academia sueca de las ciencias.

Probablemente para nadie es desconocido que los LED están por todas partes: televisiones de alta definición, controles remoto de aparatos electrónicos, pantallas gigantes, señales luminosas, la industria automotriz y la aeroespacial, etc. Sin embargo, aunque el desarrollo y uso acelerado de los LED rojos y verdes se dio después de los años 60s del siglo pasado, hasta los 90s nadie había conseguido producir diodos que emitieran luz azul, indispensable para crear luz blanca.

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Un diodo —el corazón de un LED— está formado por un sándwich de materiales semiconductores, es decir, que conducen la electricidad parcialmente. Una de las capas es negativa, al tener exceso de electrones, y la otra es positiva, cuyos átomos forman espacios o huecos para recibir electrones alegremente. Sin embargo, cada electrón tiene que vencer una barrera de potencial para llegar a ellos. En otras palabras, los electrones tienen que ganar energía para ocupar esos huecos. Cuando las dos capas se conectan a una corriente eléctrica, se acumulan electrones del lado negativo y van ganando energía hasta que logran cruzan la frontera entre las diminutas láminas. Cuando se da esta transferencia, los electrones llegan a los huecos positivos y la energía en exceso adquirida para cruzar se transforma en energía electromagnética, que se libera como un fotón de luz. Si un electrón libera poca energía entonces emite luz roja, pero si libera mucha, produce luz azul y lo anterior se logra utilizando diferentes materiales para los LEDs. Al final, la luz blanca se produce al combinar las luces roja, verde y azul.

diode

El gran logro de los recién galardonados fue que encontraron la manera de producir y modificar cristales de un material llamado nitruro de galio, que ellos creían podía ser usado para generar la luz azul de los LEDs.

Desde 1986, Akasaki y Amano trabajaban en el problema, pero fue hasta 6 años después y un sin número experimentos fallidos que lograron producir luz azul, usando delgadas capas de nitruro de Galio creadas sobre una superficie de zafiro revestida con un compuesto de Aluminio.

Por otro lado, la historia de Nakamura es más interesante. Él trabajaba para una pequeña empresa japonesa llamada Nichia Corporation, en proyectos que nada tenían que ver con los LEDs. Sin embargo, el problema de la luz azul le llamaba poderosamente la atención y durante sus horas libre se dedicó a hacer experimentos similares a los de Akasaki y Amano. Para sus jefes en Nichia, estos esfuerzos eran considerados como secundarios y hasta una pérdida de tiempo. Pero en 1992 Nakamura mostró, por un método diferente al de sus colegas, la manera de depositar capas de nitruro de galio, logrando generar luz azul con sus diodos.

Aún así, parece que el descubrimiento no impresionó mucho en Nichia y en 2001 Nakamura demandó a la empresa después de que le ofrecieron sólo $200 dolares por el desarrollo de los LED. Después del proceso legal y de pedir $500 millones de dolares, Nakamura aceptó $8 millones de dolares en 2005 como compensación.

Ahora, el premio Nobel otorga poco más de $1.1 millones de dolares a repartir entre los ganadores. Akasaki, Amano y por supuesto Nakamura, ven así recompensado su esfuerzo con el máximo galardón de las ciencias.

“Siempre le recomiendo a los jóvenes científicos que no centren sus trabajos en lo que está de moda, que investiguen sobre lo que creen, aunque no consigan resultados inmediatos”, dijó Akasaki en rueda de prensa después de darse el anuncio, informó Europa Press. “Nakamura estaba muy decidido en demostrar que el nitruro de galio podría ser eficaz en la tecnología LED. Se esforzó mucho en algo en lo que [en Nichia] no estaban inicialmente concentrados” dijo Martín Dawson, un investigador en fotónica de la Universidad de Strathclyde in Glasgow, Reino Unido, a la revista Nature.

Entre 1672 y 1676 Issac Newton publicó una serie de experimentos sobre la luz, uno de los cuales mostraba que la luz del Sol podía ser descompuesta en los colores primarios, como un arco iris. Pero también encontró que la suma de esos colores producía la luz blanca. A lo largo del siglo XIX y principios del XX, una serie enorme de trabajos en electricidad, magnetismo y física cuántica, concluyeron que la luz puede ser explicada como pequeñas partículas llamadas fotones, cada una con una energía característica e interpretadas por nuestro cerebro como luz de distintos colores. La física de materiales contribuyó a lo largo del siglo XX al desarrollo de nuevos y mejores semiconductores. Ahora, tu tienes una televisión cuyas imágenes se forman modificando la intensidad de millones de LED rojos, verdes y azules o un auto cuyos faros muestran la suma de los tres colores.

Nuevamente podríamos preguntarnos, ¿para qué sirve lo que hacen los científicos?

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