FIRMA INVITADA NANOMATERIALES Y NANOTECNOLOGÍA: UNO …

Nº 50 (Outubro 2002) 63

FIRMA INVITADA

NANOMATERIALES Y NANOTECNOLOGÍA:UNO DE LOS RETOS MÁS IMPORTANTESPARA ESTOS COMIENZOS DE SIGLO

LÓPEZ-QUINTELA, M. Arturo1

RIVAS, José2

Laboratorio de Nanomateriales - ITSDptos de 1Química Física y 2Física Aplicada - USC

Bole t ín das Cienc ias

RESUMEN

Utilizando como ejemplo la técnica de microemulsiones, en este artícu-lo se describen algunos de los aspectos más sobresalientes en la actual tecno-logía de nanomateriales. Las microemulsiones se han convertido en un mediode reacción especialmente interesante para la obtención de nanomateriales,fundamentalmente por dos razones: Por una parte, y al contrario que sus her-manas mayores (las emulsiones), son sistemas termodinámicamente establesy, por otra parte, los tamaños de las gotas que están presentes en estos siste-mas se encuentran en el rango de los nanometros. Estas nanogotas puedenentonces usarse como auténticos nano-reactores y sus tamaños pueden utili-zarse para controlar el tamaño final de los materiales sintetizados en su seno.Después de una breve descripción de la técnica de microemulsiones, en elpresente artículo se comentarán algunas de las reacciones más utilizadas en laproducción de nanopartículas asi como los logros más importantes consegui-dos en los últimos años. En particular, se mostrará cómo cambian algunaspropiedades de estos sistemas por el hecho de cambiar el tamaño del materialen el rango nanométrico. Finalmente se mostrará un ejemplo de las enormesposibilidades que ofrece esta técnica consistente en la síntesis de partículasmulticapas que muestran propiedades magnetorresistivas gigantes y que, porlo tanto, poseen interés especial como sensores magnéticos en multiples apli-caciones, siendo utilizados ya en campos de tanta importancia como lamicroelectrónica en la preparación de cabezas lectoras como las del propioordenador con el que se ha escrito el presente artículo.

Boletín das Ciencias64

I. INTRODUCCIÓN

En el pasado siglo XX el hombre dio un gran paso en su lento, perocontinuo y bello caminar, por el sendero de su inseparable destino: entenderel mundo que lo rodea y, al mismo tiempo, entenderse a si mismo. El átomonos desveló sus hermosos secretos y pudimos al fin entrar en contacto con laverdadera “esencia” de la materia. La química y la física despertaron así de unlargo letargo invernal constreñido por los estrechos márgenes de la física clá-sica. Pero, nada más entrar a este nuevo mundo atómico-molecular, se vieronsorprendidas por el descubrimiento de un nuevo reino, el mundo cuántico,donde la razón muchas veces es necesaria dejarla a un lado y debemos con-formarnos únicamente con los resultados que emergen espontáneamente delas complejas ecuaciones que rigen los sistemas. Sabemos que la ecuación deSchrödinger es capaz de predecir el comportamiento de átomos o moléculas,pero la complejidad de los hamiltonianos al tratar de estudiar sistemas con unnúmero elevado de átomos, ha hecho que su solución exacta pueda ser sóloconocida para átomos o moléculas individuales. Podemos decir así que elsiglo XX ha venido a desvelarnos fundamentalmente el comportamiento delos átomos y moléculas individuales. Pero la naturaleza que nos rodea y lossistemas que el hombre normalmente maneja se componen de un númeroelevadísimo de átomos/moléculas (normalmente del orden del número deAvogadro, es decir, 6 x 1023/g mol). Este hecho en lugar de jugar en contra,como en principio puediera pensarse, juega a nuestro favor, pues la presenciade un número muy elevado de átomos/moléculas en los sistemas objeto deestudio permite la utilización de la estadística para predecir su comportamien-to. Es más, en muchos casos, las propiedades individuales “se diluyen” en lascolectivas y un comportamiento puramente clásico es suficiente para explicara los sistemas.

Hasta finales del siglo XX casi nadie le prestó atención a esa “zona denadie” o zona mesoscópica de transición entre el mundo atómico/molecular yel mundo macroscópico. En casi todo el mundo científico se daba por sentan-do que las propiedades variarían de forma contínua y monótona entre laspropiedades de los atómos/moléculas y las de los sistemas formados por unnúmero elevado de ellos. Aunque ya en la década de los 80 un gran númerode pruebas se habían acumulado que indicaban que esa zona mesoscópicaera mucho más rica y compleja que lo que se podía esperar, no fue hasta laúltima década del siglo XX que ese hecho adquirió relevancia. Dos fueron loshechos que llevaron a ese “despertar” de la zona mesoscópica. En primerlugar, la aparición de nuevas técnicas que, como las microscopías de fuerzasatómicas y efecto túnel, permitieron por fin “ver” realmente las moléculas y

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los átomos. Y, en segundo lugar, aunque de tanta importancia, el hecho deque la tecnología, en su intento de miniaturización comienza a aproximarse aesa “zona mesoscópica” y necesita conocer entonces de forma precisa suspropiedades. Dado queesa zona mesoscópica seencuentra en la escala detamaños nanométricos (di-gamos 1-100 nm), el inte-rés por el estudio de losnanomateriales ha surgidoasí en estos últimos años deforma quasi-espontánea.En la figura 1 se puedeobservar la evolución delmercado americano ennanopartículas donde que-da claro el aumentoexponencial del interés por los mismos. Este aumento no hubiera sido posiblesino hubiera estado correspondido por un desarrollo paralelo de los métodosde síntesis, fundamentalmente químicos, que han permitido una disminución

continua de los costes y un au-mento paralelo de la velocidadde producción, tal como se pue-de observar en la figura 2.

La aparición de la “Nano-ciencia” no ha hecho más queempezar y así, en estos últimosaños, hemos visto aumentada lariqueza (¡y complejidad!) denuestro vocabulario con la apa-rición de “Nano-cosas”.Nanopartículas, Nanotubos,Nanohilos, Nanomateriales,N a n o m a g n e t i s m o ,Nanomáquinas, Nanobiología,

Nanotecnología molecular, Integración a nanoescalas, etc. han brotado eneste recién florecimiento de la era Nanotecnológica. EEUU, Japón y con unosaños de retraso ahora también en Europa, conscientes de la importancia deeste nuevo campo científico -claramente interdisciplinar-, han introducidoprogramas especiales para fomentar las investigaciones en Nanotecnologías.

Fi rma I n v i t a da

150

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0

1996 2001Year

Millions /$

Nanomaterials: Dry powders and liquid dispersions

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Nanomaterials: Dry powders and liquid dispersions

Cost per gram ($)Production capability (Kg)

1E61E51E4

1E3

100101

0,1

0,01 94-96 96-97 97-98 99-00 00-01Performance Period

Production rate (Kg/day)Maximum Production Cost ($/g)

Cost per gram ($)Production capability (Kg)

1E61E51E4

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0,1



1E61E51E4

1E3

100101

0,1




Sin embargo, hay un hecho adicional que contribuye a aumentar enor-memente el interés por este recién nacido campo. Si las propiedades de losmateriales en esta zona mesoscópica intermedia (nanomateriales) fueran úni-camente “algo” intermedio entre las de los átomos/moléculas y las de losmateriales masivos —como sería en principio esperable-, no se habría des-pertado este inusitado interés en el mundo científico y hubiera sido otra áreamás, de gran importancia tecnológica -eso sí-, pero nada más. No. La razónfundamental es que -tal como ha apuntado U. Landman del Georgia Instituteof Technology, de Atlanta, en el reciente congreso de Nanotecnología cele-brado en Santiago de Compostela [1]- las propiedades de los Nanomaterialesno son únicamente -muchas veces- el reflejo de un mero escalado con eltamaño del material. Propiedades nuevas y totalmente diferentes pueden “emer-ger” en este nuevo reino de lo mesoscópico. Y estas propiedades resultan seresencialmente diferentes porque la dimensión física del material se aproximaa la escala de longitud característica del fenómeno físico implicado en la pro-piedad objeto de estudio. Como los diferentes fenómenos físicos están carac-terizados por diferentes escalas de longitudes, estas nuevas propiedades semanifiestan para tamaños diferentes dependiendo del material y la propiedadfísica investigada.

Algunos de los aspectos en los que se reflejan estas nuevas propiedadesson: ruptura espontánea de simetrías, autoensamblaje, autoselección, fluctua-ciones, etc.Y desde un punto de vista químico-físico más aplicado: oscilacio-nes en el potencial redox dependiendo del número de átomos -véase másadelante-; fluctuaciones en nanoreactores, etc.

Por último, es necesario tener en cuenta que en esta zona mesoscópica,se encuentran las denominadas “interfases”. Interfases entre materialesinorgánicos, orgánicos; orgánicos-inorgánicos y orgánicos/inorgánicos-bio-lógicos son en la actualidad uno de los campos de mayor interés científico-tecnológico. La integración de enzimas, proteinas, DNA, células biológicas,etc, en circuitos electrónicos formados por redes neuronales; transistoreshíbridos de materiales orgánicos/inorgánicos; etc., son algunos ejemplos dondeel conocimiento de las interfases es crucial para lograr cualquier avance cien-tífico importante. Ello requiere evidentemente un gran esfuerzo interdisciplinar,eliminando -paradójicamente- las “interfases” que actualmente existen entrelas diferentes disciplinas científicas (léase por ej., orgánica-inorgánica-fisicoquímica-biología).

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Todo ello hace que la frase de Landau “…there is a lot of play room inthe buttom” -de los años 50- sea totalmente de actualidad y haya un granespacio de investigación en esta hermosa “tierra de nadie” donde la química,física, biología y tecnología, tienen que necesariamente aproximarse y enten-derse para lograr comprender la materia a estas escalas nanométricas y, almismo tiempo, saber cómo manipularla adecuadamente para conseguir losnanoensamblajes adecuados que se necesitarán en las nuevas tecnologías quehan de aparecer en este recién estrenado siglo.

Al objeto de hacer algo más concreto este trabajo y presentar algunos delos resultados en los que los autores han participado de forma más directa, secomentará, en primer lugar, la técnica de microemulsiones para prepararnanomateriales. Después se comentarán algunas de las propiedades de losnanomateriales producidos por esta técnica. Por último se comentarán algu-nas de las técnicas que actualmente se están desarrollando para “crear”nanoestructuras a nivel macroscópico y se comentarán algunas de las tenden-cias previsibles en los próximos años.

II. MICROEMULSIONES

Una microemulsión se puede formar cuando dos líquidos no miscibles(generalmente agua y un aceite) se mezclan en presencia de un detergente(también denominado surfactante o agente tensioactivo). En la figura 3 se

puede observar un diagrama defases típico de un sistema de es-tas características. Se puede ob-servar un rico comportamiento enel que, dependiendo de las con-diciones (presión, temperatura ycomposición) una, dos o tres fa-ses pueden presentarse en equili-brio termodinámico. Nosotros nosreferiremos aquí únicamente a laszonas del diagrama de fases endonde existe una única fase ter-modinámica. Aún dentro de unafase, el número de estructuras po-

sibles que se pueden obtener es enorme, tal como se puede observar en lafigura 4. Micelas, fases cúbicas discontinuas y continuas, cristales líquidoshexagonales, fases lamelares y fases inversas, son algunos de los típicos ejem-plos de este variado y emocionante mundo de los surfactantes. La razón de


Microemulsions

1F2F

1F

2F

3F 2F2F

1F

LαLα + Lβ W/O

W/O+WLα + W

O/W

O/W+O O+ME+W

S

OW

W : water S : surfactant O : oilLα and Lβ : liquid crystalsW/O: water- in-oil microemulsion O/W : oil- in-water microemulsionME: bicontinuous microemulsion

1F2F

1F

2F

3F 2F2F

1F

LαLα + Lβ W/O

W/O+WLα + W

O/W

O/W+O O+ME+W

S

OW

W : water S : surfactant O : oilLα and Lβ : liquid crystalsW/O: water- in-oil microemulsion O/W : oil- in-water microemulsionME: bicontinuous microemulsion


este interesante comporta-miento reside en el carácter“dual” anfifílico de las molé-culas de surfactante que pre-sentan una parte hidrofílica yotra hidrofóbica. Cuando estasmoléculas se encuentran conuna mezcla de liquidoshidrofílicos y lipofílicos, for-man espontáneamente un fil-me para separar ambas regio-nes a nivel nanoscópico man-

teniendo al sistema en una sola fase macroscópica. Dependiendo entonces dela curvatura de este filme se originan diferentes estructuras ordenadas. Cuan-do la curvatura es positiva y grande se originan micelas esféricas que puedendisolver aceites en su hidrófobo interior formando microemulsiones “norma-les”. La formación de las micelas es un proceso energéticamente favorecidoporque de esta forma se eliminan las interacciones repulsivas del agua con laparte hidrofóbica del surfactante (y también con el aceite, en lasmicroemulsiones). Justo lo opuesto sucede cuando la curvatura del filme desurfactante es negativa. La formación de micelas inversas (y microemulsiones“inversas” en presencia de agua) elimina las interacciones repulsivas entre losaceites y la parte hidrófila del surfactante. Cuando se aumenta la concentra-ción de estas “nanogotas” (micelas o microemulsiones) se pueden obtenerespontáneamente estructuras cristalinas formando fases cúbicas discontínuas(denominadas I1 –normales- e I2 -reversas). Un aumento adicional de la con-centración conduce a la formación de micelas cilíndricas que se organizan enempaquetamientos hexagonales compactos (denominados H1 y H2). En la re-gión intermedia, cuando de curva es prácticamente cero, otras estructuras,como bicontínuas (V1 y V2) y lamelares (La) se pueden formar también enestos peculiares sistemas.

III. MICROEMULSIONES UTILIZADAS COMO PATRONES

Todas las estructuras mencionadas anteriormente, que se forman en pre-sencia de moléculas anfifílicas, pueden ser utilizadas como “patrones” para laformación de nanomateriales. Sin embargo, por brevedad, nosotros nos cen-traremos aquí únicamente en la utilización de microemulsiones inversas. Lasnanogotas de estas microemulsiones pueden utilizarse como nano-reactorespara la producción de nanopartículas de diferentes tipos de materiales. Su

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estudio ha sido abordado de forma bastante exhaustiva en la última década yla técnica de formación de nanopartículas en estos medios es actualmente unatécnica bien establecida [2-4]. La razón de su amplio uso actual es doble: enprimer lugar y contrariamente a lasemulsiones ampliamente utilizadas en laindustria farmacéutica, estos sistemasson termodinámicamente estables y, ensegundo lugar, el tamaño de las gotasse encuentra en el rango nanométrico.Pero es más, el tamaño de estos “nano-reactores” se puede cambiar de formamuy fácil variando el parámetro R defi-nido como la relación, R = [agua]/[surfactante]. En la figura 5 se puedeobservar como varía el tamaño de lasnanogotas con el parámetro R para microemulsiones de AOT en n-heptano.

La formación de partículas en estosnanoreactores es, en principio, muy fácil(véase la figura 6). Esencialmente consis-te en disolver, por separado, los reactivosnecesarios para la producción delnanomaterial en dos microemulsiones y acontinuación mezclarlas. Los reactivos co-mienzan entonces a intercambiarse debi-do a las colisiones entre las nanogotas enun proceso cuya cinética depende en granparte de la flexibilidad del filme desurfactante. Una vez que los reactivos seencuentran en el interior de una nanogota

comienzan a reaccionar y cada gota secomporta como un auténtico “nano-reactor” individual, cuyo tamaño con-trola el tamaño final de las partículasque se forman mediante un proceso denucleación y crecimiento. En la figura7 se pueden observar ambos procesosen la formación de nanopartículas deFe en microemulsiones de AOT, estu-diando la cinética de su formación me-


AOT Microemulsions

Water

Oil

W/O Microemulsion

r/nm = 1.5 + 0.175 R R=[W]/[S] R 1 5 10 20d=2r 3.4 4.8 6.5 10 nm

Reactor pool

nAerosol OT (AOT): sodium dodecylsulfosuccinate

nWater

nn-Heptane

Water

Oil

W/O Microemulsion

r/nm = 1.5 + 0.175 R R=[W]/[S] R 1 5 10 20d=2r 3.4 4.8 6.5 10 nm

Reactor pool Water

Oil

W/O Microemulsion

r/nm = 1.5 + 0.175 R R=[W]/[S] R 1 5 10 20d=2r 3.4 4.8 6.5 10 nm

Reactor pool

nAerosol OT (AOT): sodium dodecylsulfosuccinate

nWater

nn-Heptane

Nanoparticle synthesis in microemulsions

Microemulsions-mixing-

+A B

Interchange ofreactants among thenanodroopletsReaction-Nucleation

Reaction-Growth

Microemulsions-mixing-

+A B

Interchange ofreactants among thenanodroopletsReaction-Nucleation

Reaction-Growth

Time-resolved small angleX-ray scatteringof the formation of particles in microemulsionsTime-resolved small angleX-ray scatteringof the formation of particles in microemulsions


diante difracción de rayos X de ángulopequeño (SAXS) resuelto en el tiempo,utilizando radiación de sincrotrón. En lafigura 8 se muestra un ejemplo de partí-culas de Pt obtenidas por la técnica demicroemulsiones. De la figura se puedenextraer dos conclusiones: Primero, que laspartículas obtenidas por esta técnica sonrealmente muy monodispersas en tama-ños, debido fundamentalmente a la sepa-ración de los procesos de nucleación y

crecimiento. Segundo, que el tamaño de las partículas (9 nm) es comparableal tamaño de las microemulsiones utilizadas (10 nm). Este resultado muestraclaramente la gran potencialidad de este, en principio, método sencillo. Sinembargo, no todos los intentos realizados en el pasado con esta técnica tuvie-ron igual éxito. Partículas polidispersas y mucho más grandes que lasgotas.utilizadas, asi como también distribuciones bimodales se encontrarontambién en muchos casos. Simulaciones realizadas de los mecanismos cinéticosmediante la técnica de Monte Carlo [5-9] permitieron deducir que otros facto-res, como la concentración de los reactivos y la flexibilidad del filme desurfactante, influyen de forma decisiva en la distribución de tamaños finalesobtenida. Generalmente, uti-lizando concentraciones re-ducidas y filmes rígidos sepueden obtener partículasmonodispersas con tamañossimilares a los de lasnanogotas de las microemul-siones utilizadas, tal como losresultados reflejados en la fi-gura 5. En la figura 9 se pue-den ver algunos de losnanomateriales que se hanobtenido por esta técnica enlos últimos años.

IV. NANOMATERIALES

Mediante la técnica de microemulsiones que acabamos de describir sepueden obtener patículas del mismo material, pero con diferentes tamaños, enel rango nanométrico. Como se mencionó en la introducción, las partículas

Pt particles prepared in microemulsionsSize: 9 nm

Pt particles prepared in microemulsionsSize: 9 nm

Nanomaterials synthesized by the microemulsion technique

n Oxides:n γ-Fe2O3*, Al(OH)3, α,β-FeOOH, SiO 2,TiO2, V2O5, ZnO, ZrO2, Fe3O4*, FeB *,

BaTiO3, Ytrium-iron garnets*, etc.n Metals:

n Fe*, Ni, Co*, Ag*, Au, Pt, etc.n Perovskytes:

n La0.67(Ca, Sr)0.33MnO3*, R2CuO4*, etc.

n Polymers:n Polystyrene, epoxides*, etc.

n Nanowires:

n Co, Cu, Ni, etc.n Superconductors:

n YBaCuO*, etc.

*prepared in our laboratory(for a review see Osseo-Asare, 1999)

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generalmente exhiben compor-tamientos diferentes de las delmaterial masivo. En la figura 10se muestran las propiedadesmagnéticas, a temperatura am-biente, de partículas de magne-tita de diferentes tamaños obte-nidas mediante la técnica demicroemulsiones. Se puede ob-servar la presencia de un máxi-mo en el campo coercitivo parapartículas de aprox. 15 nm. Pordebajo de este tamaño el campocoercitivo decrece rápidamente al tiempo que se observa una reducción de lamagnetización. Para partículas por debajo de aprox. 10 nm se observa uncomportamiento típicamente superparamagnético a temperatura ambiente. Estecomportamiento muestra, para este tipo de material, como mediante la reduc-ción del tamaño de partícula se puede inducir una transición desdemultidominios magnéticos a monodominios. Al mismo tiempo, los valorestan bajos obtenidos de la magnetización para las partículas más pequeñasmuestran el importante efecto debido a los efectos “superficiales” de las par-tículas. Generalmente, el número de átomos localizados en la superficie deuna partícula “macroscópica” (por ej. > 50 nm) es tan pequeño que su in-fluencia en las propiedades fisicoquímicas de las partículas es despreciable.Sin embargo, este no es el caso de las partículas nanométricas en las que elnúmero de átomos localizados en su irregular y asimétrica superficie es muygrande y comparable con el número de átomos localizados en su regular ysimétrico interior. En el caso mostrado en la figura 10, los espines mal orien-tados de los átomos de la superficie son los responsables de la disminuciónobservada en la magnetización. Con este ejemplo se muestra claramente comola reducción del tamaño de partícula viene acompañado generalmente de uncambio en sus propiedades fisicoquímicas [10]. Así, por ejemplo, las partícu-las de magnetita en forma de micro/macro-cristales son de color negro porquelos niveles de energía poseen una distancia de separación de solamente 0.1eV. Sin embargo, cuando el tamaño de partícula es muy pequeño, la distanciaentre niveles aumenta (confinamiento cuántico) de forma que se pueden ob-tener partículas de magnetita de diferentes colores. Cuando el tamaño es infe-rior a aprox. 2 nm, la distancia entre los niveles de energía es tan grande(>aprox. 4 eV) que la absorción se desplaza a la zona UV y las partículas sehacen transparentes a la radiación visible.


Dependenceof the magneticproperties ofmagnetite onthe particlesize.

Dependenceof the magneticproperties ofmagnetite onthe particlesize.


Como un ejemplo interesante de aplicación de las técnicas de síntesismencionadas y al objeto de mostrar las enormes posibilidades de las mismas,mencionaremos por último la preparación de nanomaterialesmagnetorresistivos. El fenómeno de la magnetorresistencia gigante (GMR)fue descubierto en multicapashace algo más de una década.Este fenómeno se debe a la dis-persión dependiente del espín yse origina en las interfasesferromagnéticas/no magnéticasde las multicapas. En la figura 11se muestra como aplicando uncampo magnético (H=Hc) a unamulticapa de Fe/Cr se puede lo-grar orientar los espinesferromagnéticamente. Este orde-namiento paralelo de los espinesorigina una conductividad eléc-trica mayor que el ordenamiento antiferromagnético presente en la multicapasen ausencia de campo magnético. El gran cambio que se observa en laconductividad eléctrica del material cuando se aplica un campo magnéticorelativamente pequeño es de un extraordinario interés ya no sólo científico

sino también tecnológico. Apesar de su corta vida, losmateriales GMR se usan yahoy en día como sensoresmagnéticos en una gran va-riedad de aplicaciones, talcomo se observa en la figura12. Dentro de estas aplicacio-nes debemos resaltar su usocomo sensores en las cabezasmagnéticas de lectura de losactuales ordenadores que hasupuesto un extraordinarioavance en la capacidad de los

ordenadores en los últimos 5/6 años. Uno de los inconvenientes que posen lasmulticapas GMR es que la magnetorresistencia no es isotrópica y se manifies-ta únicamente en la dirección perpendicular a las capas. Por esta razón, en losúltimos años ha habido un gran interés por desarrollar materiales GMR

Magnetoresistance

V

I

• AF coupling in Fe/Cr multilayers

H=0

H=Hc

Fe (5nm) Cr (1nm)FeFe Cr

V

I

• AF coupling in Fe/Cr multilayers

H=0

H=Hc

Fe (5nm) Cr (1nm)FeFe Cr

GMRBridgeSensorIndustrialProducts

.

GMRBridgeSensorIndustrialProducts

.

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isotrópicos. En la figura 13 se mues-tra una posible solución a este pro-blema adelantada por los autoresdel presente artículo. En lugar demulticapas se podría pensar en par-tículas formadas por un núcleo mag-nético (por ej. Co) rodeado de unacapa de un material no magnético(por ej. Ag). Este nanomaterial po-dría presentar propiedades GMRisotrópicas, tal como se muestra enla figura, si se pudiera controlar deforma muy precisa el espesor de la

capa no magnética que rodea al núcleo magnético, porque tal como se mues-tra en la figura 14, lamagnetorresistencia observadaen multicapas muestra un máxi-mo solamente para un interva-lo muy pequeño de valores delespesor de la capa no magnéti-ca (aprox. 10 A).

Para producir una partícu-la magnética rodeada de unacapa nanométrica de un mate-rial no magnético se podría uti-lizar la técnica de micro-emulsiones antes mencionada.

En la figura 15 se muestra el proce-dimiento que se ha seguido para lapreparación de estas nanopartículasmulticapas. Después de obtener par-tículas magnéticas monodispersaspor el procedimiento antes descrito,se podría llevar a cabo una segundareacción en el interior de losnanorreactores. Como la partículapuede actuar de centro de nucleaciónpara la segunda reacción, el materialno magnético crecerá preferente-mente sobre la partícula previamen-


“Onion-like Particles (Magnetoresistance)

H = 0 H = 0

d

Electrical Resistancehigh low

=1nm

Non magnetic materialMagnetic material

A.J. García-Bastida, et al. In “Non-Crystalline and Nanoscale Materials ”,Ed. J. Rivas and M. A. López-Quintela (World Scientific , pp 451-456, 1998, Singapoor).

Giant magnetoresistance (GMR) in Fe/Cr multilayers

Magnetoresistence at 4.5K as a function of the Cr layer thickness in multilayers of Si(111)/(10nm) Cr/[(2nm)Fe/(x nm) Cr]N /((5nm) Cr. (N = 20)

0 1 2 3 4 5

30

20

10

0

∆R/R(%)

Cr layer thickness (x/nm)

Max.: 10 ± 3Å !!

“Onion”-like particles

C+D

1st reaction (A+B)in microemulsions

add (C+D)

2nd reaction

CoAg


te formada. La homogeneidad del recubrimiento que es necesario para obte-ner magnetorresistencia gigante (GMR) se podría alcanzar porque los núcleosdel nuevo material a depositar están formados por muy pocos átomos y se ha

demostrado teóricamente [11] quecuando un grupo pequeño de áto-mos se deposita sobre una super-ficie, los átomos se distribuyenuniformemente sobre dicha super-ficie. En la figura 16 se muestracomo, en efecto, nanopartículasde Co recubiertas de Ag obteni-das por el método demicroemulsiones muestran GMR,siendo esta magnetorresistenciatotalmente isotrópica [12].Nanopartículas de hasta tres ca-pas sucesivas de diferentes mate-

riales ya han sido sintetizadas por la esta técnica en nuestro laboratorio. Estosresultados son una prueba del preciso control que se puede lograr hoy en diaen la producción de nanomateriales mediante la técnica de microemulsiones.

V. CONCLUSIONES

Se puede concluir que acabamos de entrar en estos comienzos de sigloen una nueva era en la que la tecnología para controlar y manipular los mate-riales a nivel atómico están ya al alcance de la mano. Hemos visto comotécnicas muy sencillas y relativamente económicas, como la descrita de lasmicroemulsiones, se pueden usar ya hoy en día para controlar el crecimientode materiales a nivel de unas cuantas decenas de átomos. Veremos, sin lugar adudas, en los próximos años un rápido crecimiento del mercado en este cam-po con la aparición de nuevos procedimientos para preparar nanomateriales“ad hoc”, con las propiedades que demande la nanotecnología que ahoracomienza

Como se mencionó al comienzo de este artículo, una de las razones paraconfiar en esta rápida expansión de la nanotecnología es la aparición en laúltima década de las técnicas de microscopía de efecto túnel y fuerzas (entodas sus variantes) que permiten, por una parte, “ver” realmente los materia-les a nivel atómico y, en segundo lugar, que pueden ser utilizados no en con-diciones extremas de alto vacío como en los convencionales microscopioselectrónicos, sino directamente en las condiciones naturales de utilización de

Magnetoresistance of Ag-covered Co nanoparticles

0 2 4 6 8 10

0

-5

-10

Co

Ag

Co/Ag

H/kOe

∆R/R (%)

Magnetoresistance versus appliedmagnetic field at T = 297K.

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los materiales. La posibilidad adicional de utilizar dichos microscopios parala producción y manipulación de los materiales a nivel atómico abre un sinfínde nuevas posibilidades que permanecen todavía para ser exploradas en lospróximos años del siglo que comienza.

REFERENCIAS

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Langmuir 13 (1997)1970-1977[7] M.C. Tojo, M.C. Blanco y M.A. López-Quintela. “Microemulsions as

microreactors: a Monte Carlo simulation on the synthesis of particles”. J. Non-Crystalline Solids 235-237 (1998) 688-691

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