En IMDEA Nanociencia se investiga en el campo de la attociencia a través del proyecto ERC-Synergy TomATTO
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado este año 2023 el Premio Nobel de Física a los Profs. Pierre Agostini (Ohio State Uni.), Ferenc Krausz (MPIQO, Uni. München) y Anne L’Huilier (Lund Uni.) por “los métodos experimentales que general pulsos de luz de attosegundos para el estudio de la dínamica de los electrones en la materia.” Gracias a sus experimentos, los galardonados de este año idearon y crearon pulsos de luz lo bastante cortos como para tomar instantáneas de los rapidísimos movimientos de los electrones.
En la década de los años 90, Anne L'Huillier y sus colaboradores descubrieron un nuevo efecto de la interacción de la luz láser con los átomos de un gas. Una vez sentadas las bases teóricas, la hoja de ruta hacia la generación de pulsos de luz de attosegundo estaba definida. Ferenc Krausz y Pierre Agostini demostraron que este efecto puede utilizarse para crear pulsos de luz más cortos de lo que era posible hasta entonces. Por este extraordinario trabajo, a L’Huillier y Krausz les fue concedido este año el Premio Fronteras del Conocimiento BBVA, y fueron nominados por el Prof. Fernando Martín, catedrático en el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias (UAM) y director científico de IMDEA Nanociencia. El camino hacia aislar pulsos de attosegundos requirió de desarrollos técnicos que Krausz exloró en colaboración con el Prof. Mauro Nisoli en Milán.
Las técnicas de la attofísica no solo permiten hoy captar el movimiento de los electrones, sino que además han abierto la puerta a la posibilidad de manipular estas partículas subatómicas. “Una vez que logras la capacidad de visualizar este movimiento en tiempo real”, resalta el Prof. Martín, “probablemente puedas utilizar también esas fuentes de luz para manipularlo, y a partir de ahí modificar su comportamiento y sus propiedades, con aplicaciones en múltiples ámbitos”. Las aplicaciones son numerosas: desde su uso en biomedicina y electrónica hasta la búsqueda de nuevas fuentes limpias de energía.
La attoquímica
En el año 2017, un grupo de investigadores españoles e italianos (liderados por Fernando Martín y Mauro Nisoli) sentaron las bases de la attoquímica, una nueva disciplina que estudia el movimiento de los electrones durante las reacciones químicas utilizando pulsos de luz de attosegundos (esto es, de 10-18 segundos, el menor intervalo de tiempo nunca medido). Entre las potenciales aplicaciones de esta naciente disciplina se encuentra la mejora de las células fotovoltaicas, fuentes de energía limpia y renovable, clave en el combate contra el cambio climático.
La red de investigación AttoChem, de la que L’Huillier es miembro oficial, está presidida por Fernando Martín y coordina los esfuerzos teóricos y experimentales para explotar el amplio potencial de las técnicas de attosegundos en Química, con el objetivo de diseñar nuevas estrategias que controlen la migración de carga (electrones) en las moléculas actuando directamente en la escala de attosegundos.
Investigación en Comunidad de Madrid
El Proyecto Sinérgico FULMATEN, financiado por la Comunidad de Madrid, fue diseñado para colocar a la región de Madrid a la altura de los países punteros en términos de capacidad para visualizar procesos en la escala del attosegundo en sistemas de fase condensada, como son Alemania, el Reino Unido y los Estados Unidos. Además, la capacidad de FULMATEN-CM para producir modelos teóricos y códigos computacionales, con la ayuda de la Red Española de Supercomputación (RES) y la Red Europea de Supercomputación (PRACE), impulsó el objetivo de alcanzar la comprensión necesaria de la transferencia de carga en la conversión de energía lumínica en energía eléctrica y, por tanto, la optimización de las células fotovoltaicas.
El proyecto FULMATEN fue la semilla del subsiguiente proyecto Sinérgico TomATTO, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC). El profesor Fernando Martín lidera en la actualidad el consorcio de TomATTO, un ambicioso proyecto científico que pretende capturar la dinámica ultrarrápida de los electrones con el objetivo de mejorar la eficiencia de conversión de la energía solar. Observando, entendiendo y controlando la excitación de las moléculas en las células solares, afirman los investigadores, se podría mejorar el rendimiento de estos dispositivos, que actualmente sólo consiguen convertir menos del 25% de la energía solar que les llega.
A lo largo del proyecto, los investigadores de TomATTO deberán superar tres grandes desafíos: 1) grabar los primeros procesos electrónicos iniciados por la absorción del luz; 2) diseñar nuevos materiales orgánicos para controlar la dinámica electrónica; y 3) desarrollar métodos computacionales para entender los resultados. Para ello, el equipo de investigación del consorcio TomATTO, liderado por Fernando Martín (IMDEA Nanociencia, Universidad Autónoma de Madrid), Nazario Martín (Universidad Complutense de Madrid) y Mauro Nisoli (Instituto Politécnico de Milán), unen esfuerzos en este proyecto sinérgico. El proyecto TomATTO, coordinado desde IMDEA Nanociencia, recibe financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC Synergy) con un total de 12 millones de euros para 6 años.
Más información:
https://tomatto.eu/
https://fulmaten-cm.es/
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