Investigadores españoles lideran un estudio europeo de detección de drogas y explosivos

El objetivo es perfeccionar la tecnología básica que está detrás de este tipo de aplicaciones. Además de coordinar, el grupo salmantino se dedicará a realizar los modelos teóricos por ordenador que servirán para que sus socios en el proyecto fabriquen los dispositivos reales.

Si participar en un proyecto europeo ya es un logro sólo al alcance de los grupos más avanzados, coordinarlo es un hito, según su máximo responsable, Javier Mateos, investigador del Departamento de Física Aplicada. Se trata de un proyecto STREP en la categoría FET-Open, cuyas siglas significan Tecnologías Futuras y Emergentes, es decir, "que van más allá de lo que se está aplicando en la actualidad, pensando en el medio y el largo plazo", apunta el científico. En este caso, el proyecto está dotado con 1'5 millones de euros.

Uno de sus socios es un laboratorio de Lille (Francia), referencia internacional para el desarrollo de dispositivos semiconductores denominados de gap ancho. El grupo sueco pertenece a la Universidad de Chalmers, en Goteborg, que fabricará dispositivos basados en otros semiconductores de gap estrecho para aplicaciones de baja potencia, pero muy rápidas. Finalmente, el grupo de Manchester (Reino Unido) trabajará en el diseño de antenas para estos desarrollos.

El objetivo de los cuatro grupos es la fabricación de nanodispositivos con dos tipos de semiconductores (de gap ancho y de gap estrecho, es decir, de alta potencia y de alta velocidad, respectivamente) y mediante la tecnología de radiación no ionizante con frecuencia de Terahertzios. La radiación no ionizante, a diferencia de los rayos X, por ejemplo, no altera los electrones de los átomos y, por lo tanto, no dañan el cuerpo humano, de forma que se aplican en los escáneres de los aeropuertos, entre otros muchos usos. "Es como usar un móvil, una radiación inocua casi sin potencia", señala el investigador. Esta radiación atraviesa la ropa, pero es muy reflejada por los metales o por el agua y podría utilizarse en el guiado de aviones a través de la niebla o en el cálculo de las temperaturas del mar. La espectroscopía es otro campo con enormes posibilidades, puesto que "dependiendo de la respuesta de las diferentes frecuencias puedes diferenciar el azúcar de la cocaína".

El hecho de que la frecuencia sea de Terahertzios es lo verdaderamente novedoso del proyecto. "Los Terahertizios están en el límite entre la Electrónica y la Óptica. En la Electrónica, los dispotivos se han hecho cada vez más pequeños para llegar a frecuencias más altas, pero es casi imposible fabricar dispositivos que lleguen a más de 400 ó 500 Gigahertzios. Desde la Óptica, ocurre todo lo contrario, los científicos intentan realizar láseres o emisores de fuentes que cada vez tengan frecuencias más pequeñas. El infrarrojo lejano es lo máximo a lo que se ha llegado, pero llegar a los Terahertzios es muy difícil, hay láseres que lo consiguen, pero sólo funcionan a bajas temperaturas. Son energías muy pequeñas y la agitación térmica la perturba. Una de las cosas que buscamos es que estas aplicaciones funcionen a temperatura ambiente, sin tener que colocar un gran aparato que contenga hidrógeno líquido para enfriar, que lo haría caro, voluminoso y difícil de utilizar", apunta.

El planteamiento no es desarrollar un sistema completo que funcione perfectamente, sino "ser capaces de emitir y recibir a alta frecuencia para realizar, por ejemplo, la espectroscopía de una sustancia". Lo importante es "generar la suficiente potencia a temperatura ambiente y que el receptor sea capaz de responder".

El movimiento balístico de los electrones

El Departamento en el que trabaja Javier Mateos tiene 20 años de experiencia en simulación por ordenador con unos modelos denominados Montecarlo," que son muy complejos, puesto que son intensivos". El sótano de la Sección de Física de la Facultad de Ciencias alberga un cluster de ordenadores que son capaces de trabajar simultáneamente hasta en 96 procesos a la vez y que están trabajando día y noche, porque se trata de hacer simulaciones gigantescas. "En las últimas dos décadas se han realizado modelos de toda clase de semiconductores y ahora nos hemos pasado a la Nanotecnología intentando simular microscópicamente el comportamiento de todos los electrones", explica, "casi estamos haciendo mover los electrones uno a uno, por eso es tan intensiva la simulación".

El comportamiento de los electrones en este tipo de dispositivos es diferente al clásico, ya que tienen un "movimiento balístico". Normalmente se mueven con choques de electrones, porque los átomos están moviendo, pero en dispositivos muy pequeños se evitan los choques, de manera que el moviemiento es lineal, balístico, que es lo que buscan este tipo de tecnologías. "Lo bueno de los modelos es que no hay que fabricarlos, sino simular todas las opciones posibles, de manera que sean predictivos y cuando se fabriquen sean muy parecidos a la realidad", apunta. Por eso los llama "experimentos por ordenador".