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El conocimiento científico crece gracias a la labor de miles de personas que se esfuerzan, hasta el agotamiento, por encontrar respuestas a los enigmas que plantea la Naturaleza. En cada programa un científico conversa con Ángel Rodríguez Lozano y abre para nosotros las puertas de un campo del conocimiento.

Ladrillos nanométricos de óxidos metálicos. Hablamos con Laia Vilá Nadal.

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Si hacemos caso a la imagen clásica de un químico, nos encontraríamos ante una persona enfrascada en su bata, más o menos blanca, encerrada en un recinto cargado de olores indescriptibles, rodeada de matraces y recipientes de las más variadas formas que contienen extrañas sustancias y empeñada en mezclar unos compuestos con otros para obtener nuevos productos de propiedades sorprendentes.

Ahora, gracias a los ordenadores, las cosas pueden ser muy distintas para un químico, como nos cuenta nuestra invitada hoy en Hablando con Científicos, Laia Vilà Nadal, química computacional y Lecturer in Metal Oxide Chemistry en la Universidad de Glasgow, en el Reino Unido.

Al comenzar la entrevista, Laia explica qué es una química computacional y lo hace con un ejemplo muy gráfico. Nos invita a visitar el primero de todos los laboratorios químicos que han existido: la cocina. Una vez allí, se dispone a hacer un buen caldo y, para hacerlo, va reuniendo todos los ingredientes: pollo, cebolla, el agua, sal,… Cualquier cocinero experto pondría todo el conjunto al fuego y, transcurrido el tiempo adecuado, obtendría el resultado apetecido, al fin y al cabo, ya conoce la receta. Pero qué sucedería si lo que quiere el cocinero es experimentar nuevas fórmulas, necesitaría una infinidad de cacerolas y aparejos, enormes cantidades de ingredientes y mucho tiempo para ir probando una a una las distintas ocurrencias. Un enorme gasto de tiempo y energías, por supuesto.

Ahora bien, hay otra posibilidad y nos la facilita las nuevas herramientas informáticas. Un experto cocinero-químico que contara con un ordenador y un programa en el que se han programado las reacciones básicas que tienen lugar en una cocina real, le permitiría simular miles de combinaciones de ingredientes y tiempo de cocción para hacer un caldo. Después, seleccionaría solamente aquellas mezclas más aceptables y descartaría las que dan como resultado un caldo demasiado salado, amargo o insípido. Dicho de otra manera, haría mucho más fácil y barato el proceso proporcionando un conjunto de combinaciones que podrían tener éxito. Por supuesto, al final, hay que ir a la cocina, eso es inevitable. Así como un químico computacional prepara el camino para que el experimental consiga los objetivos marcados en una investigación.

Laia Vila es investigadora experta en química teórica y modelado computacional de grupos de óxidos metálicos. En sus investigaciones emplea compuestos de oxígeno combinado con metales de transición, unos metales que ocupan las columnas centrales de la tabla periódica y tienen la capacidad de almacenar muchos electrones en sus orbitales. Esta propiedad es fantástica para aplicaciones en dispositivos electrónicos que funcionan almacenando información. En un artículo publicado en Nature en 2014, un grupo de investigadores de la Universidad de Glasgow en colaboración con otro de la Universidad Rovira i Vigili de Tarragona en el que estaba Laia Vilà, se describía una nueva molécula que, gracias a la propiedad de almacenamiento de carga, podría ser utilizada para elaborar memorias flash de tamaño nanométrico. Un avance que promete mejorar y reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos que se utilizan en ordenadores, móviles y otros dispositivos electrónicos. El compuesto, formado por un óxido de tungsteno (wolframio) y selenio en su interior, permite ser oxidado o reducido a nivel molecular, es decir puede adoptar dos posiciones “on” y “Off” que permitirían ser utilizados como bits de memoria.

Investigaciones posteriores llevadas a cabo por Laia Vilá, dentro del Grupo Cronin de la Universidad de Glasgow, permitieron utilizar los óxidos metálicos para el diseño de unidades que, a modo de ladrillos de tamaño nanométrico con una forma semejante a un donut, pueden ser ensambladas entre sí generando materiales con poros pequeñísimos que podrían ser utilizados, no solamente en electrónica, sino en catálisis, sensores de gases, etc. Con estos ladrillos moleculares se pueden fabricar estructuras muy robustas y estables, de tal manera, que tengan un comportamiento similar al que proporcionan otros materiales, como son las zeolitas, actualmente utilizadas en una enorme variedad de aplicaciones, como son los detergentes, suavizantes, catalizadores industriales.

La estructura creada por los pequeñísimos ladrillos organometálicos (MOF), contiene orificios que se repiten regularmente y pueden atrapar muchos tipos de solventes líquidos o moléculas de gas, como metano o dióxido de carbono. Ajustando el tamaño, la forma y la uniformidad de los poros, será posible crear materiales permeables con estructuras diseñadas. Este es el campo que ahora desarrolla Laia Vilá, para lo cual está formando un equipo de especialistas en distintas disciplinas que permita ampliar el desarrollo de estos complejos organometálicos de manera que sean útiles para un buen número de aplicaciones en el futuro.

Os invito a escuchar a Laia Vilà Nadal, química computacional y Lecturer in Metal Oxide Chemistry en la Universidad de Glasgow, en el Reino Unido.

Referencias:
Laia Vilà-Nadal Research Group
Breakthrough in single molecule tech could bust Moore’s law
Zhan C., Cameron J. M., Gabb D., Boyd T., Winter R. S., Vila-Nadal L., Mitchell S. G., Glatzel S., Breternitz J., Gregory D. H., Long D-L., Macdonell A., Cronin L., A metamorphic inorganic framework that can be switched between eight single-crystalline states, 2017, Nature Communications, 8, 14185


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