Docente de la UNAL Sede de La Paz contribuye a gran avance en la ciencia de materiales a escala atómica

Aunque el estudio se centra en la ciencia básica, sus implicaciones se pueden extender a áreas como la fabricación de componentes electrónicos, la industria aeroespacial, los dispositivos para producir y almacenar energía, y la tecnología médica. Por su tamaño y sus propiedades únicas, los materiales nanocristalinos son esenciales en el desarrollo de nuevas tecnologías, y entender cómo se comportan a nivel atómico es esencial para aprovechar todo su potencial.

El aporte del profesor Velasco, doctor en Ciencias de Materiales, consistió en la fabricación de la muestra, la investigación y metodología para demostrar dicho fenómeno científico. Al respecto, el académico manifestó que “este estudio fue el resultado de una colaboración entre universidades e investigadores de Estados Unidos, China y Alemania”.

“El resultado de esta cooperación permitió observar por primera vez el mecanismo de rotación de nanocristales, algo que hasta ahora se había teorizado pero no demostrado ni observado a escala nanométrica”.

Dicho fenómeno, conocido en inglés como grain rotation, se observa en materiales nanocristalinos y tiene importantes implicaciones para la ingeniería de materiales.

Para el estudio los investigadores utilizaron 4D-STEM (four-dimensional scanning transmission electron microscopy), una técnica avanzada de microscopía electrónica de transmisión de escaneo en cuatro dimensiones que permite observar el movimiento de los átomos en tiempo real mientras el material se calienta. Este avance tecnológico fue esencial para obtener las observaciones precisas y describir el fenómeno a nivel atómico.

“El aporte principal de esta investigación es que se observó el mecanismo por el cual ocurre la rotación de los granos, la cual se asoció con la propagación de desconexiones (defectos lineales del material) entre las fronteras de grano. Además se halló que la rotación de los granos está directamente asociada tanto con el crecimiento como con la migración de las fronteras de grano”, detalla el profesor Velasco.

El hecho de que la investigación del docente de la UNAL Sede La Paz en coautoría con sus colegas internacionales haya sido aceptada por la revista Science, una de las publicaciones científicas más influyentes del mundo, es un claro indicador de la relevancia y del impacto del descubrimiento para la ciencia.

Aporte a la ciencia mundial

Para entender la magnitud de la escala en que se realizó el estudio, el investigador explica que los nanomateriales son imperceptibles al ojo humano: “si comparamos el grosor de un cabello humano, que mide entre 20.000 y 200.000 nanómetros, con los nanocristales que estudiamos, que tienen entre 10 y 20 nanómetros, es como observar algo unas 100.000 veces más pequeño”. Tal nivel de precisión solo se logra con técnicas avanzadas como el 4D-STEM, que ofrece una resolución sin precedentes en la escala atómica.

El material utilizado en el estudio fue el platino, seleccionado por su resistencia a la oxidación, lo que permite que las muestras se mantengan estables durante los experimentos.

Según el docente, “para llevar a cabo este estudio se utilizaron técnicas de aprendizaje de máquina (machine learning) que fueron cruciales para analizar los resultados obtenidos. Los alcances de esta investigación ayudan a entender la evolución, el comportamiento y la dinámica de la microestructura de los materiales”.

El descubrimiento tiene un potencial significativo para el diseño de materiales en aplicaciones de ingeniería, pues “entender cómo ocurre la rotación de los nanocristales les permitirá a los científicos diseñar materiales más eficientes y resistentes en el futuro. Este conocimiento puede ayudar a mejorar el comportamiento y la ingeniería de los materiales policristalinos, lo cual conlleva que sean más eficientes y durables para un gran número de aplicaciones”, afirmó el docente de la UNAL Sede de La Paz.

Su logro con el importante equipo internacional no solo destaca la capacidad de la UNAL para contribuir a la ciencia global, sino que además demuestra la importancia de la cooperación internacional en la investigación. Entre los miembros del equipo están los profesores Xiaoqing Pan, de la Universidad de California en Irvine (UC); Horst Hahn, de la Universidad de Oklahoma, y el primer autor del estudio es el doctor Yuan Tian, de UC Irvine.

“Es un gran reto, pero también una gran oportunidad. Trabajando juntos logramos cosas que individualmente tomarían muchos años”, reflexiona el académico.

Este estudio es un ejemplo de cómo la ciencia trasciende fronteras y cómo los avances en la investigación pueden tener un impacto global, por lo que la participación de la UNAL en esta investigación es un testimonio del nivel de excelencia de sus docentes e investigadores, y refuerza el papel de la Universidad como un actor esencial en la producción de conocimiento internacional.