Estudio de propiedades magnéticas de materiales mesoscópicos
En el marco del “Ciclo de entrevistas a Investigadores/as directores/as de Proyectos/Laboratorios de la Facultad” hoy dialogamos con el Dr. Federico Romá, director del Proyecto “Materiales magnéticos desordenados y nano-estructurados de tamaño mesoscópico” del Departamento de Física.
¿Qué investigaciones se realizan desde el Proyecto que dirige en la UNSL?
Nuestro proyecto de investigación se enfoca en estudiar las propiedades magnéticas de materiales “mesoscópicos”. Estos sistemas tienen dimensiones que los sitúan en un punto intermedio entre el nivel macroscópico, el cual está bien descrito por la física clásica, y el nivel atómico, el cual está dominado por los fenómenos cuánticos. Un ejemplo de ello son los nano-tubos o nano-hilos que hoy en día se pueden sintetizar a partir de diferentes tipos de materiales magnéticos.
En nuestro grupo realizamos estudios tanto experimentales como de simulación. En los experimentos empleamos micro-sensores para medir las propiedades magnéticas de este tipo de sistemas. En particular, bajo el microscopio y usando un micro-manipulador hidráulico, una muestra es depositada sobre un micro-sensor y todo el conjunto (el micro-sensor y la muestra) es enfriado cerca del cero absoluto (hasta una temperatura de aproximadamente 4 Kelvin) y sometido a un campo magnético intenso. Los resultados que se miden son comparados con aquellos que se calculan usando simulaciones micro-magnéticas de modelos complejos. Esto permite obtener información sobre fenómenos que no son posible medir directamente.
Adicionalmente, en el proyecto se diseñan y prueban nuevos tipos de micro-sensores con los cuales se están intentando realizar mediciones más precisas y detalladas de las que se pueden efectuar hoy en día.
¿Puede describir las escalas a las que trabajan?
Las muestras que estudiamos suelen tener al menos una dimensión del orden de unos pocos nanómetros, mientras que las otras longitudes características pueden ser aún mayores, del orden de unos micrómetros. Por ejemplo, unos nano-tubos granulares de manganita que hemos podido medir recientemente están constituidos por nano-partículas cuyos diámetros rondan los diez nanómetros. Estas nano-partículas se aglomeran para formar las paredes del nano-tubo, las cuales son muy delgadas. Sin embargo, la longitud total de este arreglo puede alcanzar los diez micrómetros.
A su vez, los micro-sensores tienen dimensiones micrométricas. Por ejemplo, los micro-sensores Hall y los micro-osciladores mecánicos de silicio que usamos tienen longitudes características que alcanzan unas pocas decenas de micrones.
¿Cualés investigadores forman parte del Laboratorio de bajas temperaturas y desarrollo de sistemas micromecánicos?, ¿En este Laboratorio realiza investigación teórica, experimental o ambas?
En el proyecto tenemos la infraestructura y los recursos humanos especializados necesarios para realizar este tipo de estudios. La Dra. Moira Dolz, co-directora del proyecto, es la responsable de la realización o supervisión de los experimentos científicos. El Ing. Carlos Devia, profesional de CONICET que pertenece al grupo, presta apoyo técnico para que estas tareas se puedan realizar eficientemente. Además, el Ing. Sergio Calderón Rivero, quién está finalizando su Doctorado en Física, logró diseñar y probar un nuevo micro-magnetómetro de gradiente de campo. Recientemente, también empezamos a colaborar con el Dr. Marcelo Nazzarro con la idea de usar esta misma tecnología para estudiar el proceso de adsorción en muestras microscópicas. Finalmente, yo soy el responsable y por ahora el único miembro del grupo que realiza cálculos micro-magnéticos y simulaciones de Monte Carlo para estudiar modelos complejos de sistemas magnéticos.
¿Cuál es el equipamiento necesario para llevar adelante sus investigaciones?, ¿Está disponible en el INFAP o UNSL?
Para realizar los experimentos usamos una variedad de equipos. Empleamos un micro-manipulador hidráulico para mover y depositar las muestras sobre los micro-sensores. Este procedimiento se realiza bajo un potente microscopio óptico de 500x. El micro-sensor con la muestra se introducen luego en un crio-generador de helio de ciclo cerrado que permite equilibrar al sistema en un rango que va desde los 4 Kelvin hasta temperatura ambiente. Simultáneamente, usando un electroimán se aplica un campo magnético estático de hasta medio Tesla. La excitación de los micro-sensores se realiza empleando diferentes equipos electrónicos, mientras que la detección de la señal que producen es medida con un amplificador lock-in. Parte de este proceso de medición fue automatizado, por lo que es posible realizar experimentos de larga duración (algunos demoran días) que son controlados por una computadora.
Las simulaciones que realizamos en general son cálculos micro-magnéticos que efectuamos con códigos computacionales propios escritos en lenguaje C++. Estos programas se corren en un cluster de computadoras de nuestra universidad que se denomina BACO. El cluster posee una gran cantidad de nodos que son administrados por un sistema CONDOR bajo linux, lo que permite alcanzar un nivel de eficiencia muy alto.
La física es un terreno fértil desde donde entusiasmar a muchos jóvenes, a la hora de elegir una carrera ¿Qué puede decirnos sobre las posibilidades de divulgación científica que tiene la física?
Lo que más atrae a los jóvenes es la parte experimental. Asistir a la realización de un experimento tiene un impacto duradero en ellos. En este sentido, nuestro grupo participó varias veces en este tipo de actividades. Recientemente, la Dra. Moira Dolz dio una charla en un colegio primario donde realizó algunos experimentos simples de magnetismo y el entusiasmo de los niños fue notorio. Estas mismas experiencias son mostradas casi todos los años a chicos de secundaria que visitan nuestra universidad. Además, Moira dicta frecuentemente un taller para los ingresantes a la Licenciatura en Física. Finalmente, también como grupo recibimos alumnos de grado de la Universidad de Cuyo que están cursando las últimas materias de carreras con orientación científica, quienes pasan una semana en San Luis participando de los experimentos que se realizan en nuestro laboratorio.
¿Cómo nació su vocación?, ¿Cuáles fueron sus primeros pasos por la física y cuál es su experiencia como docente-investigador, su trayectoria por la FCFMyN y la UNSL y CONICET?
No recuerdo exactamente cómo nació mi vocación por la física. Sí, tengo presente que desde muy joven, durante mi niñez en Mendoza, empecé a sentir una gran curiosidad por los temas científicos. Y no me interesaba algo en especial; todo me parecía muy interesante y devoraba lo que tenía a mano: miraba los pocos documentales que pasaban por la televisión y releía varias veces los libros o enciclopedias que me compraban mis padres. No había mucho de ciencia alrededor y menos en la escuela a la que asistía.
Luego en 1992 empecé a estudiar aquí en San Luis la Licenciatura en Física. Los primeros años de estudio fueron realmente muy felices, pues por primera vez me podía dedicar de lleno a una actividad que me apasionaba. Por supuesto, el paso de los años me obligó, como a todos, a poner los pies sobre la tierra. En mi caso, afortunadamente, ese proceso de crecimiento sirvió para modelar ese idilio inicial, sin llegar a matar mi amor por la profesión. Como docente e investigador cada vez que me siento a estudiar, a resolver un problema de física o a dictar una clase, me es posible revivir brevemente esa satisfacción que sentía cuando era joven y aprendía algo nuevo e interesante casi todos los días.
¿Tiene algún próximo objetivo por alcanzar?
Actualmente mi esfuerzo está puesto en consolidar a largo plazo el grupo de investigación. La ambición es mantener un ambiente de trabajo cordial y, a la vez, científicamente sólido, que ayude a que cada uno de nosotros pueda crecer profesionalmente. Siendo que gran parte de nuestra labor es experimental, y que mantener tal actividad es costoso y muchas veces hasta frustrante (hay veces que los experimentos pueden llegar a ser difíciles de realizar), el crecimiento del grupo fue lento aunque afortunadamente nunca detuvo.
¿Cuál es el grado de cooperación interinstitucional con laboratorios e investigadores de otras instituciones de la Argentina y del mundo?, ¿Con cuáles?
Las características de nuestra actividad científica nos facilita e incluso nos obliga a cooperar con otros investigadores. Por ejemplo, muchas de las muestras magnéticas que estudiamos son o fueron en algún momento sintetizadas por otros grupos (por ejemplo de la Universidad Nacional de Córdoba, del Centro Atómico Constituyentes o del Centro Atómico Bariloche) que se especializan en diferentes procesos de fabricación. Debido a que el tipo de mediciones y simulaciones que realizamos en nuestro laboratorio no están disponibles en la mayoría de las instituciones del país, la colaboración con estos proyectos conduce a beneficios mutuos.
Adicionalmente, y gracias al asesoramiento técnico del Dr. Hernán Pastoriza del Centro Atómico Bariloche, el Ing. Sergio Calderón pudo diseñar un nuevo micro-magnetómetro de gradiente de campo. El principal problema con este tipo de desarrollos es que la fabricación de tales dispositivos es muy costosa. Afortunadamente, a través de una colaboración con el Dr. Daniel López, egresado de nuestra Universidad que actualmente es Profesor de Penn State University, EEUU, hemos podido llegar a fabricar un primer diseño que ya fue probado.
Recientemente establecí una colaboración con la Dra. Leticia Cugliandolo de la Universidad Pierre et Marie Curie de París, Francia, y con el Dr. Eduardo Bringa y el Dr. Gonzalo Dos Santos de la Universidad de Mendoza, Argentina. En particular, desde mi modesta experiencia en la temática estoy ayudando a Gonzalo a realizar simulaciones realistas de sistemas magnéticos nanoscópicos (simulaciones en donde la dinámica molecular de la red está acoplada a la dinámica micro-magnética de los espines atómicos).
Si su grupo de investigación realiza una mirada en retrospectiva, ¿Surgen nombres de referentes destacados (nacionales y/o internacionales) que desean reconocer por la contribución que hicieron al desarrollo de la ciencia y en la formación de investigadores de la Facultad?
Son numerosos los investigadores e investigadoras tanto del Departamento de Física y del Instituto de Física Aplicada de San Luis, como de la División de Bajas Temperaturas y el Grupo de Teoría de Sólidos del Centro Atómico Bariloche, que nos brindaron su apoyo científico para que hoy podamos estar acá. Por supuesto, están todos aquellos que de una u otra forma nos enseñaron a trabajar en ciencia, o que en su momento nos dieron una cuota de confianza o un impulso para que podamos avanzar con nuestras carreras científicas. El aporte de cada uno de ellos, haya sido grande o pequeño, sin duda fue fundamental.
Dada la temática en la que trabajamos, en especial quisiera mencionar al Dr. Hernán Pastoriza del Centro Atómico Bariloche, quien nos aportó toda su experiencia y puso a nuestra disposición todo el instrumental que hemos necesitado para avanzar con nuestras investigaciones científicas. Sin esta ayuda, hubiese sido casi imposible instalar un laboratorio de bajas temperaturas en nuestra Universidad.
También quiero reconocer el apoyo de la Universidad Nacional de San Luis, del CONICET y del Ministerio de Ciencia y Tecnología de la Nación, que a través de diferentes proyectos financiaron la construcción y la adquisición del instrumental científico con el que cuenta nuestro laboratorio.
