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Biblioteca de la Universidad Complutense de Madrid

Jueves, 27 de abril de 2017

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La Complutense se coloca a la vanguardia de la microscopía electrónica

Se acaba de instalar un microscopio electrónico con un corrector de aberración esférica que permite observar incluso los átomos más ligeros con una gran calidad de imagen. En el resto del mundo sólo hay una instalados una docena con las mismas características que este.

Los libros de texto de finales del siglo pasado hablaban de los átomos como algo inalcanzable que no se podía observar con ningún microscopio. De hecho, no fue hasta el año 2003 cuando se vio, gracias a la espectroscopía, un átomo aislado. Las técnicas han mejorado mucho desde entonces y se han ido puliendo algunos de los problemas (como la aberración esférica) y hoy en día se pueden ver hasta los átomos más ligeros, como los boros y los oxígenos, e incluso el grafeno que sólo tiene un átomo de espesor.
Desde el mes de enero comenzará a funcionar, en el Centro Nacional de Microscopía Electrónica, ubicado en la Ciudad Universitaria, uno de los microscopios electrónicos más modernos del mundo, capaz de alcanzar de rutina una resolución espacial inferior a un angstrom (Å). La profesora de la Facultad de Físicas María Varela es una de las personas que ha recibido formación para utilizar el nuevo microscopio ARM200F. Ella misma nos explica que un angstrom "es algo así como el radio de un átomo, son 10-10 metros", es decir, la diez mil millonésima parte de un metro. El director del Centro Nacional de Microscopía Electrónica, José María González Calbet, hace un símil y afirma que la resolución de este microscopio es como si con unas gafas pudiéramos ver desde la superficie de la Tierra, un garbanzo colocado en la Luna.


Instalación precisa
Para que un microscopio funcione con esa precisión hace falta ubicarlo en un ambiente que le proteja de variaciones en la temperatura, movimientos de todo tipo e incluso de campos magnéticos. María Varela asegura que "la habitación puede ser más cara que el microscopio en sí. Hay un aislamiento acústico en las paredes y junto a ellos unos paneles verticales que sirven para el control de estabilidad de temperatura. El microscopio está montado sobre una plataforma de hormigón independiente y en el techo se puede ver un rectángulo de madera que enmarca el microscopio y que lleva dentro un hilo conectado al sistema informático y que es un compensador de campo magnético".
En la inauguración del microscopio, González Calbet informó de que su instalación sólo ha sido posible gracias a las aportaciones del antiguo Ministerio de Ciencia e Innovación, así como de la participación complutense a través del Campus de Excelencia Internacional Moncloa (CEI). La Comunidad de Madrid también debería haber participado en la financiación, ya que el proyecto forma parte del mapa de Infraestructuras Científicas Técnicas Singulares (ICTS), pero de momento no ha contribuido económicamente. El rector José Carrillo señaló que el CEI ha aportado dos partidas (una de 1,5 millones de euros y otra de 460.000 euros) para fomentar este microscopio que dará servicio público a los investigadores que lo soliciten.


Corrector de aberración

Microscopios electrónicos hay muchos instalados en el mundo, pero como el ARM200F no debe haber más de una docena. Lo que le hace diferente es su corrector de aberración esférica.
María Varela explica que la microscopía electrónica, comparada con la óptica convencional, tiene el problema de que los electrones se aceleran en el cañón a cientos de kilovoltios, con lo que alcanzan cerca de la mitad de la velocidad de la luz lo que les convierte en superenergéticos y muy difíciles de enfocar. Para conseguir el enfoque se usan los campos magnéticos creados por unas lentes magnéticas que son realmente bobinas. La eficiencia es muy pobre, tanto que a veces "se comparan las lentes ópticas con las magnéticas y se dice que con estas últimas es como si mirásemos a través del culo de una botella de refresco". Además de que la resolución sea pobre tiene muchísimas aberraciones. La más importante, que se conoce desde hace décadas, es la aberración esférica, de la que sufrió incluso el Hubble durante años hasta que lo repararon. Esa aberración hace que los rayos que pasan por una lente no converjan al mismo punto y este problema se ha tenido desde que empezó la microscopía electrónica. Se sabía cómo arreglarlo teóricamente, pero la corrección no ha funcionado hasta principios del siglo XXI porque no había ordenadores lo suficientemente potentes como para medir la aberración en una imagen y compensarla. El primer corrector de aberración esférica se puso en marcha en el año 1999 en Alemania y los primeros correctores comerciales se comenzaron a instalar unos años después.


Dos opciones
Varela asegura que hay dos aproximaciones al problema de las aberraciones. El corrector de aberraciones del ARM200F está "donde se forma el haz de electrones y sirve para hacer un haz muy pequeño, tan pequeño como un Å y eso da el mínimo tamaño que se puede ver. La otra posibilidad es que el corrector de aberraciones esté después de la muestra, justo en la lente objetivo, y esto sirve para hacer imagen en transmisión convencional".
De hecho está previsto para dentro de un año o dos, que el Centro instale un segundo microscopio con ese segundo corrector de aberraciones. Mientras que el ARM200F es algo más comercial, porque habrá una decena de ellos instalados en universidades de todo el mundo, el nuevo microscopio va a ser el primero de la casa japonesa JEOL, ya que están desarrollando una columna nueva, que todavía no existe en el mercado.
A partir de enero los interesados en llevar muestras al nuevo microscopio podrán hacerlo. De momento los responsables de su uso serán María Varela, de Físicas; Javier García, del propio Centro de Microscopía; Luisa Ruiz, de Químicas; y Almudena Torres, investigadora posdoctoral.

Centro Nacional de Microscopía Electrónica

En el año 2007 la Conferencia de Presidentes aprobó un mapa de Infraestructuras Científicas Técnicas Singulares (ICTS) y entre ellas se incluyó el Centro Nacional de Microscopía Electrónica. Antes de eso, y desde hace unos 25 años, el centro era un CAI de la UCM.
El centro cuenta con diez microscopios con diferentes características incluyendo el nuevo que acaba de ser instalado que permitirá ver incluso átomos ligeros, ya sean boros, carbonos, oxígenos, litio o hidrógeno. María Varela explica que todo estos son "muy difíciles de ver porque no interaccionan con el haz de electrones, así que es como si fueran transparentes. Gracias al corrector de aberraciones se consiguen enfocar haces lo suficientemente pequeños y con tanta intensidad como para que la pequeñísima interacción que haya nos permita verlo".
El decano de la Facultad de Químicas, Reyes Jiménez, asegura que gracias a este nuevo microscopio "algunos grupos de investigación no verán mermada su capacidad a pesar de la crisis".

 

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