Una red de conocimiento para impulsar el antimonio en tecnología punta

En diciembre de 2020, catorce jóvenes investigadores emprendían la misma aventura: unirse al equipo del proyecto Quantimony para formarse como doctores durante cuatro años en la investigación de un nuevo y prometedor material, el antimonio. La idea de este proyecto, que coordina Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC (IMN-CNM), con financiación de la UE a través del programa Marie Skłodowska-Curie, es crear una red internacional de investigadores que potencie, desde Europa, el desarrollo de nuevos materiales semiconductores basados en antimonio. Se trata de un tipo de material que da lugar a dispositivos electrónicos y optoelectrónicos con propiedades récord y que podría implementarse en áreas muy diversas, desde la computación cuántica a la energía solar fotovoltaica.

El proyecto Quantimony se basa en la necesidad de dotar a los científicos de una visión transversal sobre el desarrollo de estos materiales, desde las fases de investigación básica hasta la explotación industrial de sus ideas. Para conseguirlo, los investigadores del programa realizan estancias en otros centros de investigación y empresas internacionales, formando así una gran red de intercambio de conocimiento sobre el antimonio.

El antimonio tiene propiedades exclusivas aplicables en dispositivos electrónicos

La idea de normalizar el uso del antimonio reside, según los investigadores, en poder conseguir los mejores rendimientos para el mundo tecnológico: “Hoy en día vivimos en el internet de las cosas, donde todo funciona con sensores, desde el reconocimiento facial de tu móvil hasta los coches que conducimos”, explica el investigador del CSIC Benito Alén, uno de los coordinadores del proyecto. El flujo de datos de internet, las telecomunicaciones ópticas, todo lo que nos rodea depende del desarrollo de nuevos semiconductores que deben cumplir con unos requisitos cada vez más exigentes, y el antimonio ha resultado ser un material con propiedades extraordinarias en el laboratorio.

El antimonio muestra una característica importante: es extremadamente versátil. Utilizando antimoniuros, compuestos de antimonio combinados con otros elementos, se pueden producir componentes como memorias de estado sólido altamente eficientes, sensores de todo tipo, láseres, detectores… casi cualquier elemento electrónico podría verse beneficiado de la estandarización del antimonio. A mayor conectividad es necesario disponer de mayores capacidades, recuerda Alén: “Para satisfacer la demanda digital creciente necesitamos dispositivos capaces de procesar, transmitir y almacenar señales electromagnéticas cada vez más rápido, por ello los compuestos de antimonio tendrán un papel fundamental en este desarrollo”.

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Herramientas de investigación en el laboratorio del IMN-CNM. / Álvaro Muñoz Guzmán

Una red telemática consta de muchos nodos por los que pasan los datos de miles de usuarios, y es en esos puntos donde la ventaja del antimonio empezará a aprovecharse: “Grandes empresas como Osram y Huawei son observadores externos del proyecto Quantimony precisamente porque son conscientes de que de estos desarrollos depende que podamos dar respuesta al tráfico de datos que se va a generar en las ciudades”, puntualiza el investigador.

Más allá de las aplicaciones convencionales, este material tiene propiedades exclusivas que pueden ser explotadas en telecomunicaciones cuánticas y el sector medioambiental: “Existe la posibilidad de fabricar componentes para paneles fotovoltaicos de tercera generación basados en chips con antimonio, y otra de sus aplicaciones es la detección de gases de todo tipo o la monitorización térmica a distancia, gracias a la capacidad de los antimoniuros para detectar la radiación infrarroja”, resumen desde el IMN-CNM.

“Queremos sacar al antimonio de sus nichos de aplicación para que se use en dispositivos portátiles y detectores de contaminación”, Benito Alén (IMN-CNM)

 

Para no limitar el uso del antimonio a uno o dos sectores estratégicos debe producirse un cambio en el modo de fabricación, actualmente centrado en producir pequeñas cantidades que implican unos costes muy altos. Ese es el objetivo de Quantimony, que el control sobre las propiedades de los antimoniuros y sus métodos de fabricación beneficie a toda la sociedad como lo han hecho el resto de semiconductores y se normalice su uso.

Una ciencia colaborativa como modelo para Europa

Tras la pandemia, todas las industrias europeas sin excepción se han visto afectadas por la escasez de componentes electrónicos con los que fabricar sus productos. En una sociedad hiperconectada a través del internet de las cosas, los materiales y dispositivos semiconductores y la industria que los fabrica y suministra son claves. Tras varias décadas en los que la dependencia de Asia no ha dejado de crecer, Europa se ha dado cuenta de que debe protegerse ante este tipo de situaciones en el futuro creando nuevas empresas y potenciando una industria capaz de suministrar este tipo de componentes dentro del mercado europeo.

En España, el Gobierno ha creado un Proyecto Estratégico para la Recuperación y Transformación Económica (Perte) centrado en microchips y semiconductores, dotado con 11.000 millones de euros, con el fin de que “nuestro país se sitúe a la vanguardia del progreso industrial y tecnológico”. Esta iniciativa subraya la importancia de potenciar proyectos como Quantimony, tanto en España como en Europa.

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Benito Alén (izquierda) y Giulio Barbieri (derecha) trabajando en su laboratorio IMN-CNM. / Álvaro Muñoz Guzmán

De todos los aspectos de su formación, el investigador Giulio Barbieri destaca el sentimiento de colaboración entre los distintos países europeos, algo que sin duda caracteriza a la red de Quantimony: “Es este deseo de crear algo juntos, de impulsar la unión y la cooperación a gran escala lo que nos atrajo a los investigadores y nos hizo querer formar parte del programa. Soy un ciudadano europeo y creo profundamente en este proyecto y en todo lo que puede ofrecer a la sociedad”, concluye.

“Me gusta pensar en cómo revolucionar el mundo, así que decidí ser investigadora”, señala entusiasmada Fernanda Malato, investigadora en formación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-Madrid): “Para mí era fundamental formar parte de algo en lo que creyera, que pudiera aportar algo a la sociedad. Quantimony representa todo un desafío, pero el hecho de que no estemos aislados y contemos con una red de colaboración lo hace todo más factible”.  Los jóvenes investigadores son más conscientes que nunca de la necesidad de apostar por un modelo científico más colaborativo. Para ser más eficientes, para ser más sostenibles y para ofrecer soluciones a las problemáticas actuales, el futuro de la ciencia implica cooperar.

Semiconductores, materiales singulares

Los semiconductores tienen la gran ventaja de que se puede moldear su comportamiento electrónico alterando aspectos como su temperatura o aplicando una diferencia de voltaje. Un metal siempre es conductor; en contraposición, un vidrio o un plástico siempre impiden el paso de electricidad. Sin embargo, si se somete a un material semiconductor al estímulo apropiado, este puede ser aislante o conductor. Estos materiales son esenciales para cualquier tecnología electrónica.

El proyecto Quantimony se centra en desarrollar materiales pertenecientes al grupo de los semiconductores III-V; se trata de materiales formados por elementos de dos grupos de la tabla periódica, los del grupo III y los del grupo V. Combinar varios semiconductores de este tipo en un solo dispositivo es también posible. Se puede fabricar un abanico muy amplio de materiales con unas características únicas. “Conseguimos un material con unas propiedades que no existen en ningún material natural. Lo modificamos a medida”, apuntan los investigadores del IMN-CSIC. El nivel de precisión que han llegado a alcanzar en este centro de investigación les permite crear semiconductores con una capa de átomos de un material y la siguiente de otro totalmente distinto, aprovechando así las cualidades de ambos.

Lucía Casas Piñeiro / CSIC Comunicación