Concretamente, en su experimento se ha logrado una mejora sin precedentes (≈20 veces) del calentamiento inducido por láser del material utilizado para la medición en condiciones de vacío. Este método, altamente sensible, abre nuevos horizontes en el uso de espectroscopías láser y de luminiscencia en la detección óptica de ultra-bajas presiones de forma remota y con alta resolución espacial.

Este trabajo demuestra, por primera vez, cómo superar el límite de detección óptica de la presión en un sistema utilizando técnicas de espectroscopías láser y de luminiscencia.

Universidad de Poznań

El trabajo, titulado Optical Vacuum Sensor Based on Lanthanide Upconversion- Luminescence Thermometry as a Tool for Ultralow Pressure Sensing, ha sido realizado en colaboración con un grupo de investigadores de la Universidad de Poznań (Polonia). Las medidas experimentales fueron realizadas en el Laboratorio de Espectroscopía Láser y Altas Presiones durante una estancia de investigación de Marcin Runowski.

La revista Advanced Materials Technologies de la Editorial Wiley es una cabecera de alta calidad que publica trabajos de investigación centrados en aplicaciones tecnológicas de materiales con un especial enfoque en el diseño, fabricación e integración de dispositivos avanzados, así como en nuevas tecnologías basadas en materiales novedosos.

Esta investigación es una muestra más de la pujanza de la Universidad de La Laguna en el ámbito de la Física, un hecho que ha quedado recientemente refrendado por la presencia de estos estudios de la Institución tinerfeña en el ranquin que el periódico El Mundo dedica a las mejores titulaciones de España.

Esta es la segunda visita de Runowski en la ULL en lo que va de 2017, pues ya estuvo durante los meses de marzo y abril el centro docente. Está previsto que, además, investigadores de la institución canaria realicen una estancia similar en Polonia el año que viene. Como explica el profesor Lavín, esta colaboración nace del interés mutuo por el trabajo realizado por los dos equipos de investigación: el Departamento de Tierras Raras de la Universidad Adam Mickiewicz está especializado en la síntesis de materiales, mientras que el grupo de la ULL es experto en caracterización óptica.

“Buscamos un comportamiento específico del nanomaterial y el equipo polaco modifica su síntesis para obtener los resultados pretendidos, bien sean para biomedicina, para sensores de temperatura-presión o para cualquier otra aplicación fotónica, es decir, aquellas aplicaciones en la que es necesaria la participación de luz ultravioleta, visible o infrarroja. Dependiendo del tipo, concentración y objetivo del ion ópticamente activo que se introduce en la matriz estudiada, se va modificando todo hasta conseguir el material idóneo para esa aplicación”, explica el profesor del centro tinerfeño.

Por su parte, Runowski señala que en Polonia trabaja en la síntesis de nanomateriales de diferentes estructuras y morfologías, incluso modificando sus superficies para aplicaciones específicas como la biomedicina. En la ULL puede realizar estudios a altas presiones y diferentes temperaturas para así medir y analizar los cambios en la luminiscencia de las nanopartículas.

Fotónica y Biomedicina

El grupo de Espectroscopia Láser y Altas Presiones de la ULL se dedica al estudio de propiedades ópticas de materiales con aplicaciones en fotónica. Lavín comenta que, últimamente, han centrado su atención en investigación no sólo básica a temperatura ambiente, sino también a alta y baja temperatura y también controlando la presión sobre el sistema analizado. “Esto tiene aplicaciones relativamente nuevas en biomedicina, en procesos de calentamiento de terapias de calor por láser para matar células cancerígenas, analizar cómo son las obstrucciones en las arterias para evitar procesos de infartos, y también en aplicaciones en lo que serían sensores de presión y temperatura, que es donde más quiere trabajar Marcin Runowski”, explica su coordinador.

Actualmente, el grupo de Espectroscopia Láser y Altas Presiones está desarrollando un proyecto de investigación con financiación para tres años del Ministerio de Economía y Competitividad dirigido por el profesor Inocencio Martín Benenzuela que está relacionado con estos trabajos. Concretamente, estudiará familias de nanoperovsquitas, unos minerales de gran interés para diferentes campos de la fotónica. Los objetivos de este proyecto abarcan desde los procesos de síntesis de las matrices de las nanoperovsquitas hasta el análisis de sus propiedades para ser usadas en sensores ópticos de presión y o temperatura, una de las áreas de interés de Runowski.

La presentación estuvo presidida por la vicerrectora de Internacionalización, Carmen Rubio, quien valoró este tipo de encuentros para “poner en el mapa” a la ULL, dado que la ubicación ultraperiférica de Canarias complica las posibilidades de invitar a especialistas foráneos como los que vendrán al Shift 2017.

Carmen Rubio destacó que la ULL ya mantiene colaboraciones con investigadores internacionales, «pero poder tenerlos aquí facilita que la relación se dinamice y consolide mediante nuevos convenios y proyectos. Además, vendrán investigadores de instituciones con las cuales aún no tenemos ningún protocolo de colaboración”.

“El sol es una naranja a la que no le estamos extrayendo todo el jugo”

El coordinador y promotor de este encuentro el profesor del Departamento de Física Jorge Méndez, explicó la relevancia de la investigación sobre la luz, cuya aplicación es crucial para tecnologías de plana actualidad, como es el caso de las energías renovables. Explicó mediante una ilustrativa metáfora que, pese a los avances en tecnologías como la fotovoltaica y la fotosíntesis artificial, “el sol es una naranja a la que no le estamos extrayendo todo el jugo”, de ahí la necesidad en profundizar en la investigación. En cuanto a la aplicación en Biomedicina, puso como ejemplo que el estudio de las partículas de luz facilita métodos de análisis no invasivos de tumores.

Méndez señaló que el congreso es muy técnico y, por ello, de interés especial para investigadores de alto nivel. Sin embargo, conscientes del interés que estos asuntos pueden tener para un público más general, se ha organizado, dentro del programa del congreso, un encuentro eminentemente divulgativo: un café científico en el que participarán alguno de los reputados investigadores del congreso, que se celebrará en TEA el martes 14 de noviembre a las 18.30 horas.

En la presentación también estuvieron presentes representantes y directores de tres institutos de investigación de la ULL vinculados a la organización de este curso, para demostrar su dimensión multidisciplinar: Carmen Arévalo, del Instituto de Materiales y Nanotecnología; Ángel Acebes, del Instituto de Tecnologías Biomédicas y el Cibican; y Víctor Lavín,   del Instituto de Estudios Avanzados en Física Atómica, Molecular y Fotónica. También asistió el profesor Antonio Eff-Darwich, en representación de la unidad CienciaULL de la Fundación General de la Universidad; y José Marichal, en representación de la primera empresa spin-off creada en el seno de la ULL, Wooptix. Todos ellos explicaron en qué medida participaba cada una de sus respectivas organizaciones en este encuentro científico.

Acompañado del vicerrector de Investigación, Francisco Almeida, el responsable de la agencia regional pudo conocer de primera mano el equipamiento de este laboratorio, de los mejores de España en su especialidad, y las prestaciones que ofrece en el estudio de las propiedades luminiscentes tanto en materiales orgánicos como en materiales inorgánicos, tales como  cristales, vidrios, vitrocerámicos o nanocristales. Dichos materiales, dopados con tierras raras o elementos de transición, encuentran aplicación en dispositivos como células solares fotovoltaicas, láseres de estado sólido, sensores de ultra-alta presión y/o temperatura, por ejemplo.

Se trata de una infraestructura muy sofisticada que les dota de un alto índice de internacionalización, no en vano los investigadores de la Universidad de La Laguna  trabajan fluidamente con laboratorios de Estados Unidos, Chile, India, Canadá, Polonia o Japón. Esta infraestructura consta de numerosos láseres y espectrómetros que permiten la caracterización óptica de los materiales bajo excitación continua o analizar las dinámicas temporales de los procesos involucrados en la luminiscencia.

El grupo de investigación de Espectroscopía Láser y Altas Presiones de la Universidad de La Laguna es muy prolífico, ya que tiene como media más de una veintena de publicaciones al año, la gran mayoría de ellas en revistas de impacto y situadas en el primer cuartil, lo que avala su calidad. Los investigadores comentaron a Manuel Miranda que los alumnos que realizan su tesis doctoral en el laboratorio suelen acabar con un gran número de publicaciones en su currículo y con una alta cualificación, lo que les proporciona grandes posibilidades de ser contratados en cualquier empresa tecnológica del mundo.

El grupo de Espectroscopía Láser y Altas Presiones de la ULL está compuesto por los investigadores Inocencio Martín, Víctor Lavín y Ulises Rodríguez y se dedica al estudio de las propiedades luminiscentes en materiales orgánicos (complejos metálicos), e inorgánicos, como  cristales, vidrios, vitrocerámicos, nanocristales. Dichos materiales al ser dopados con tierras raras (nombre común de 17 elementos químicos) y elementos de transición adquieren propiedades ópticas que permiten su posterior aplicación en diversos dispositivos, como células solares fotovoltaicas, materiales para láseres de estado sólido, sensores de ultra-alta presión, sensores de temperatura…  El seminario de este año cuenta con la participación, gracias a la financiación del Vicerrectorado de Investigación, de los doctores Yoshikawa y Kamada.

Akira Yoshikawa es profesor titular en el New Industry Hatchery Center, centro perteneciente al Instituto para la Investigación de Materiales de la Universidad de TohoKu en Sendai (Japón). Es miembro de diversos comités nacionales e internacionales, relacionados con el estudio de materiales centelleadores, defectos en materiales aislantes, así como detectores luminiscentes transformadores de radiación ionizante. Es doctor en la Química del Cristal por la Universidad de Tokio y posee más de 500 publicaciones internacionales así como once capítulos en libros especializados. Destaca asimismo en el número de patentes, tanto nacionales (178) como internacionales (146).

Kei Kamada, por su parte, es profesor asociado en el New Industry Hatchery Center, centro perteneciente al Instituto para la Investigación de Materiales de la Universidad de TohoKu, en Sendai. Obtuvo su doctorado en el campo de la Metalurgia y Ciencia y Procesamiento de Materiales en la Universidad de Tohoku, y es acreedor de diversos premios a su labor investigadora en el campo del crecimiento cristalino, así como más de 160 publicaciones internacionales.

Síntesis de cristales

Las dos conferencias programadas tituladas Crystal growth and luminescent properties of oxide and halide crystals y Development of novel multi-component garnet scintillators by controlling their band structure, impartidas respectivamente por los doctores Yoshikawa y Kamada, se dedican a describir el proceso de síntesis de cristales y el posterior estudio de sus propiedades ópticas para su uso en centelleadores.

Un centelleador es un material que exhibe luminiscencia (emisión de radiación electromagnética en el rango óptico) al ser excitado por radiación de muy alta energía (radiación ionizante). Este tipo de radiación es utilizada, entre otros campos, en el ámbito de la medicina, por ejemplo, rayos X, rayos ϒ (gammagrafías), así como en radioterapia. Se trata pues de materiales que básicamente actúan como detectores de radiación, de ahí su importancia desde el punto de vista médico.

Se sintetizan mediante técnicas de crecimiento cristalino, y deben poseer una serie de propiedades ópticas tales como una alta cristalinidad, altas eficiencias cuánticas, así como tiempos de decaimiento de la emisión muy cortos, del orden de los nanosegundos. Por tanto, explican los investigadores de la Universidad de La Laguna, la investigación en este campo se centra en encontrar composiciones cristalinas que cumplan con los requerimientos descritos anteriormente. Para ello se realizan estudios en función tanto de su composición química, como de la concentración y el tipo de iones dopantes. En estas dos conferencias se han detallado los procedimientos empleados, así como los últimos resultados obtenidos por el grupo.