IMDEA Nanociencia coordinará uno de los proyectos sinérgicos concedidos por el Consejo Europeo de Investigación en 2020

Las propuestas presentadas se evalúan con el único criterio de la excelencia científica, la capacidad de romper las barreras de conocimiento y el efecto sinérgico que la ayuda puede proporcionar al consorcio

El Consejo Científico del ERC decidió reintroducir en 2018 un programa de subvenciones importantes para promocionar la sinergia de grupos de investigación trabajando en campos complementarios. El objetivo es apoyar una colaboración estrecha entre grupos que conduzca a un fructífero cruce de disciplinas capaz de producir resultados innovadores en problemas de gran relevancia científica.

En este caso, el consorcio sinérgico TOMATTO cuenta con dos polos, uno de ellos situado en Italia, y liderado por el Prof. Mauro Nisoli del Instituto Politécnico de Milán y el otro en Madrid, dirigido por el Prof. Nazario Martín, Catedrático de Química de la UCM y Director Adjunto de IMDEA Nanociencia, y el Prof. Fernando Martín, Investigador de IMDEA Nanociencia, Catedrático de Química de la UAM y coordinador del proyecto.

El objetivo de la subvención concedida es financiar un esfuerzo multidisciplinar para explorar los procesos que ocurren en la interacción entre luz y materia orgánica (optoelectrónica orgánica molecular) a una escala de tiempo inconcebiblemente pequeña: el attosegundo, que es una unidad de tiempo equivalente a la trillonésima parte de un segundo (10-18 s): De ahí que el acrónimo con el que se denomina el consorcio sea TOMATTO.

¿Por qué la escala de tiempo del attosegundo es relevante? La transferencia de fotones y de carga eléctrica inducida por la luz en la materia orgánica son procesos fundamentales en la Naturaleza que forman una de las bases más relevantes del funcionamiento de nuestro planeta. Sirva, a modo de ejemplo, la fotosíntesis, un proceso importante para los organismos vivos porque es la primera fuente de oxígeno en la atmósfera. Sin la fotosíntesis, el ciclo del carbono no podría ocurrir, la vida que requiere oxígeno no existiría y las plantas morirían. Las plantas y los árboles verdes utilizan la fotosíntesis para fabricar alimentos a partir de la luz solar, el dióxido de carbono y el agua de la atmósfera: es su principal fuente de energía. 

Recreación de un proceso químico estudiado con resolución temporal de attosegundos 

Los científicos llevan años investigando cómo producir materiales sintéticos de carácter orgánico o hibrido capaces de reproducir la fotosíntesis y otros procesos similares de transferencia electrónica que pudieran abrir el camino hacia nuevos dispositivos y aplicaciones. Sin embargo, hasta ahora, el desarrollo de estas tecnologías se ha visto limitado porque las primeras etapas de estos procesos se producen en una escala de tiempo inmensamente corta, de attosegundos, una dimensión temporal que, excepto para moléculas muy pequeñas, ha permanecido oculta hasta la fecha. El objetivo de este proyecto es precisamente estudiar esos pasos iniciales que desconocemos y, con ello, contribuir al desarrollo de un nuevo paradigma tecnológico.

El desarrollo del proyecto proporcionará películas nítidas de transferencia de electrones y cargas inducidas por la luz del espectro visible y ultravioleta con una resolución temporal sin precedentes, para, a partir de este conocimiento, diseñar materiales moleculares con propiedades optoelectrónicas mejoradas (con una transferencia de electrones y cargas más eficiente, más rápida y de mayor alcance). Para ello, se extenderán las herramientas experimentales de la nanociencia a esta escala temporal, mucho más allá del estado del arte, y se complementarán, de manera sinérgica, con los métodos más avanzados de síntesis orgánica y modelización computacional. 

Este ambicioso proceso no puede ser llevado a cabo por un solo grupo o investigador, ya que nadie tiene el conocimiento requerido para cubrir todos sus aspectos (síntesis orgánica, diseño de materiales optoelectrónicos, desarrollos avanzados de láser, ciencia del attosegundo, modelado computacional no estándar, física cuántica avanzada, etc.). El consorcio se ha conformado para cubrir todos ellos: Mauro Nisoli es físico láser, pionero en la generación y aplicación de pulsos ultracortos; Nazario Martín es químico orgánico, reconocido experto en la síntesis de nuevos materiales orgánicos que implican procesos fotoinducidos; y Fernando Martín, investigador principal y líder del consorcio, es químico teórico, desarrollador de los necesarios nuevos métodos computacionales. Todos ellos habían visto reconocidos sus trabajos previamente por el propio ERC, con la concesión a cada uno una Advanced Grant. Tanto Fernando Martín como Nazario Martín recibieron, además, el Premio Rey Jaume I en Investigación Básica en años pasados.

Según declara el Prof. Fernando Martín “Comprender cómo interactúa la luz con la materia en la escala de tiempo del attosegundo y cómo el movimiento ultrarrápido de los electrones depende de la estructura molecular, son en sí mismos objetivos científicos extremadamente importantes. La capacidad de comprender y controlar estos procesos en la escala temporal de los attosegundos ofrece la posibilidad de abrir nuevos campos de investigación más allá del alcance del proyecto. En particular, prevemos importantes aplicaciones al estudio de los procesos guiados por la luz en una variedad de estructuras tanto naturales como artificiales, que van desde sistemas de interés biológico, hasta materiales avanzados con nuevas funcionalidades”.

En muy pocas regiones de Europa se puede encontrar un ecosistema de investigación e innovación tan fecundo como el que ofrecen el conjunto de nuestras universidades, hospitales, IMDEAS y otros centros de investigación. Gracias al esfuerzo realizado por la Comunidad de Madrid, nuestra región, en particular, se encuentra entre las más avanzadas de Europa en investigación en Nanociencia y Nanotecnología, un área científica y tecnológica transversal, que es fundamental para nuestro desarrollo económico. El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro internacional especialmente diseñado para desarrollar investigación de frontera en estas áreas. En IMDEA Nanociencia trabajan más de 200 físicos, químicos, biólogos, médicos e ingenieros reclutados en convocatorias globales y seleccionados por un Comité Científico Internacional. Estos multidisciplinares contribuyen a solucionar problemas y restos sociales de gran importancia estratégica para empresas y otras instituciones públicas, a partir de comprender mejor fenómenos que ocurren en la nanoescala. 

Un pulso ultracorto de láser ilumina un fullereno complejo produciendo una transferencia electrónica de una parte de la molécula a otra

IMDEA Nanociencia colabora estrechamente con la red de universidades de Madrid, con los principales centros del CSIC y otros organismos de investigación, facilitando que miembros de estas instituciones puedan asociarse a los grupos de investigación del Instituto y trabajar en sus laboratorios e infraestructuras. 

En palabras del Prof. Nazario Martín “hay que destacar que la iniciativa de la CM de convocar en 2018 ayudas para la realización de Proyectos Sinérgicos de I+D, fomentando que los grupos beneficiarios presentaran propuestas a las ERC Synergy Grants, ha sido esencial para lograr este éxito”. IMDEA Nanociencia ha participado activamente en dos de estos proyectos sinérgicos de la CM que han sido una plataforma imprescindible para conseguir atraer a Madrid un proyecto ERC de esta envergadura. 

Según palabras del Prof. Rodolfo Miranda, Director de IMDEA Nanociencia y Catedrático de Física de la UAM, “el esquema que ofrece nuestro Instituto es la base ideal para coordinar este consorcio ERC Synergy que supone para el Instituto, e igualmente para ambas universidades, un importante salto cualitativo del que se beneficiará Madrid en su conjunto, al atraer fondos competitivos y capital humano a nuestra región”

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