Cuando se habla de dispositivos electrónicos de escala nanométrica, las primeras imágenes que vienen a la mente son microprocesadores para computadoras, servidores y teléfonos inteligentes. Sin embargo, hay otras aplicaciones más allá de los microprocesadores que están siendo desarrolladas alrededor del mundo también con impacto social.

El libro Nano-Scaled Semiconductor Devices: Physics, Modelling, Characterisation and Societal Impact presenta parte del trabajo que se realiza en México, en países de América Latina, en España y Austria en torno a esta tecnología con aplicaciones en salud, energía y medio ambiente.

Es editado por el doctor Edmundo Gutiérrez Domínguez, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), y publicado por The Institution of Engineering and Technology. Está dirigido a estudiantes de licenciatura, posgrado e investigadores, pero por su conformación científica y tecnológica puede ser de utilidad para agencias gubernamentales e instituciones relacionadas con el uso eficiente de la energía, la conservación del medio ambiente y la producción de alimentos.

El autor explica a la Agencia Informativa Conacyt que la obra tiene el propósito de mostrar que en esta región geográfica del mundo se realiza investigación y tecnología de muy alto nivel en el área de materiales y dispositivos semiconductores.

El doctor Gutiérrez Domínguez, coautor en cada uno de los cinco capítulos que lo integran, detalla que los primeros tres contienen alto contenido académico y científico; el cuarto se refiere a los beneficios de utilizar dispositivos semiconductores y los materiales con que se fabrican en torno a aplicaciones más allá de las convencionales; mientras que el último capítulo hace una recopilación y conclusión de todos los temas expuestos.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿De dónde surge el interés de realizar este libro?

Edmundo Gutiérrez Domínguez (EGD): La mayoría de los libros que se generan en el área de dispositivos microelectrónicos de escala nanométrica está orientada al sector universitario y de investigación. Están enfocados al área de microprocesadores avanzados y no hacen una correlación con el uso que eso puede tener con la vida cotidiana del ser humano.

Mi interés fue hacer participar en este libro a investigadores latinoamericanos e iberoamericanos para mostrar que en ambas regiones hacemos investigación del más alto nivel; al ser el editor del libro agregué mucha de la información que se genera en México y que es inédita.

AIC: ¿Qué aplicaciones presentan estos dispositivos en el área de la salud?

EGD: Uno de los más notorios es la implantación de dispositivos semiconductores en el cuerpo humano, existen ejemplos de sistemas sensores y actuadores que se ponen en los músculos de personas con problemas de cierta discapacidad motora. Lo que hacen estos sistemas es sensar la actividad eléctrica en los nervios y si encuentran alguna deficiencia, la compensan con la aplicación de alguna señal eléctrica, para que esa actividad se pueda restablecer.

En el libro se narra una aplicación para personas que padecen problemas de esquizofrenia o epilepsia, a quienes se les implanta en la cabeza un dispositivo semiconductor que detecta con anticipación los eventos que las afectan a fin de prevenir y reaccionar con antelación para evitar que venga un ataque epiléptico o algún ataque de esquizofrenia.

Otros ejemplos están en neurociencias. En México hay grupos de investigación que estudian la actividad neuronal y lo que se hace es colocar algunos sensores de campo magnético que detectan lo que está ocurriendo al interior del cerebro humano para tener un mapa de la actividad cerebral; la idea de esto es estudiar enfermedades como el mal de Parkinson o cierta discapacidad visual. A la fecha han insertado algunos electrodos de semiconductor y aplicado señales eléctricas con ciertas características, logrando reducir el efecto de mal de Parkinson o incrementar la capacidad visual, por ejemplo.

AIC: ¿En qué otras áreas impactan?

EGD: En el rubro de la producción de alimentos hay otros ejemplos. Investigadores del Instituto Tecnológico de Veracruz y de la Universidad Veracruzana han trabajado para mejorar la calidad de la producción de leche y carne del ganado vacuno detectando el pH y la temperatura en el interior del rumen de las vacas; para ello han colocado un sensor que transmite estas variables a un sistema que tiene un modelo y con eso se controla la dieta del animal para reducir las emisiones de metano y mejorar la calidad de la leche.

Por otra parte, en el Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (Cibnor), un grupo de investigación ha logrado reducir hasta en 90 por ciento el agua de riego en el cultivo de hortalizas. A través de un sistema completamente electrónico miden la humedad y la radiación solar, los datos se envían de manera inalámbrica a una computadora que toma una decisión basada en un modelo matemático y regresa la información a un sistema de irrigación. Con ello se mantiene la temperatura y humedad de la plantación en el nivel óptimo.

Además presentamos el trabajo de investigación que se realiza en el INAOE donde se aborda el desarrollo de óxidos de titanio para limpiar el agua potable y eliminar la bacteria E. coli, por ejemplo.

AIC: La obra presenta resultados inéditos, ¿cuáles son?

EGD: Sin ahondar en detalles —para que se interesen en leer el libro—, se trata de trabajos básicamente de fabricación de dispositivos semiconductores porque en INAOE tenemos un laboratorio con capacidad de fabricar estructuras semiconductoras de escala nanométrica, en el que trabaja el grupo de microelectrónica. En el libro publicamos algunos trabajos experimentales que se han hecho con la fabricación de estos dispositivos nanométricos para la detección de contaminantes en agua potable.

Otros resultados que publicamos son los obtenidos en tesis doctorales sobre modelos físicos y eléctricos para describir los fenómenos que observamos en este tipo de dispositivos semiconductores, porque no solamente es la fabricación de los dispositivos semiconductores para aplicaciones muy específicas, sino describir la física de lo que está ocurriendo al interior de ellos; sobre todo en estructuras semiconductoras de unas cuantas capas atómicas, como es este caso.

AIC: Parece que uno de los objetivos es revalorar la importancia de los dispositivos electrónicos de escala nanométrica.

EGD: En efecto, busca darle el justo valor de la electrónica y la investigación en dispositivos y materiales semiconductores en todo el mundo; un valor que se merece desde la investigación fundamental en física de materiales y dispositivos semiconductores, desarrollo tecnológico e impacto multidisciplinario a través del desarrollo de instrumentos científicos especializados.

El libro hace un análisis que no se encuentra en otros libros especializados que, en particular, se enfocan en la manera en que se fabrican los dispositivos, la física que los rige y para qué se utilizan. En él explicamos hasta dónde se expande su uso mostrando el impacto social para que se vea que la electrónica es un área donde no solo se busca el beneficio económico sino el beneficio a la sociedad en general.
Por Ana Luisa Guerrero para Agencia Informativa Conacyt  bajo una licencia de Reconocimiento 4.0 Internacional de Creative Commons.