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CAROLINA PARRA G. | 1977
Sección de la cámara de ultra alto vacío que contiene microscopio de barrido de túnel, UTFSM
Física aplicada, indagando certezas
El trabajo de tesis doctoral de Carolina Parra, bajo la tutela del Dr. Patricio Häberle, fue desarrollado en el Departamento de Física de la Universidad Técnica Federico Santa María. El grupo experimental al cual pertenece, trabaja fundamentalmente en el área de desarrollo, estudio y caracterización de materiales a escalas nanométricas.
La doctora explica que un nanómetro, que corresponde a 10-9[m] o bien una milmillonésima parte de un metro, es realmente pequeño, pues estirarlo a un metro sería como agrandar una bolita de cristal hasta el tamaño de la Tierra. A esta escala las propiedades físicas de los materiales (o más bien nanomateriales) no se pueden predecir. Fenómenos como confinamiento por tamaño, predominio de la superficie y efectos de la mecánica cuántica dominan en estos sistemas, abriendo paso a novedosas propiedades y aplicaciones, especialmente en el campo de la microelectrónica y las comunicaciones. Una consecuencia de trabajar con materiales así de pequeños es que para metales magnéticos (como Níquel (Ni), Cobalto (Co) o Hierro (Fe)) es posible manipular su magnetismo aprovechando la estrecha relación entre propiedades estructurales y magnéticas presente en ellos. Y ésta es precisamente la línea de investigación de su tesis doctoral que se centró en el estudio de la correlación existente entre magnetismo, estructura y crecimiento para láminas ultradelgadas (del grosor de unas pocas capas atómicas) de metales de transición (Níquel y Hierro) sobre sustratos monocristalinos (como Paladio (Pd)) utilizando técnicas de avanzada tales como microscopía de efecto túnel, efecto Kerr magneto-óptico, difracción de electrones y espectroscopia.
"Quienes nos dedicamos a las ciencias en general pensamos que es ella quien nos escogió y no al revés. La Física me fascinó desde el primer instante que la conocí. Me apasionó el buscar respuestas y encontrarlas en forma exacta en ella. Así más tarde en forma natural descubrí que a mi curiosidad por entender cómo funciona la naturaleza se le podía sacar provecho haciendo trabajo experimental. Considerando a una persona que ya ha tomado la decisión de guiar sus pasos por el camino de la física experimental en Chile debo decir que el área de la nanociencia en Chile es una disciplina emergente de un alto nivel que ha sufrido un crecimiento exponencial en los últimos 15 años, pero que aún requiere de investigadores calificados que puedan dar un empuje importante al desarrollo a esta área que pretende beneficiar transversalmente disciplinas como transporte, comunicaciones, biomedicina y energía. También es importante mencionar que actualmente existe una preocupación del gobierno por apoyar la formación de personas especializadas e iniciativas en esta área, debido al entendimiento de que el desarrollo de un país está estrechamente ligado al desarrollo científico de manera que la invitación es a enfocar su determinación, tenacidad y persistencia a la nanociencia. Es un trabajo demandante. Es mucho lo que se invierte, pero las recompensas son irremplazables".
"La verdad es que el sueldo promedio de un físico está por debajo del de otros profesionales en nuestro país. En países desarrollados esta situación es completamente diferente, llegando incluso a superarse el promedio. Y esta inequidad no tiene que ver con que tengamos un menor nivel de competitividad, pues en Chile existen muchos investigadores de nivel internacional. Como lo dije antes las exigencias están globalizadas, pero no así los beneficios. Y este hecho está ligado a la poca valoración social que se le da a la ciencia en Chile. Quizás una forma de cambiar la percepción es dando más cabida a espacios de difusión donde la comunidad en general pueda ser informada acerca del trabajo científico realizado. En particular en lo que respecta a los postgrados en Chile creo que es fundamental continuar mejorando las condiciones otorgadas a los becarios, como por ejemplo el otorgamiento de un seguro médico que beneficie al becario y a sus familias. Un estudiante de postgrado escoge seguir perfeccionándose cuando sus pares salen al campo laboral obteniendo todos los beneficios de salud que la ley les confiere. Esto motiva la inquietud de pedir que las becas de postgrado contemplen este aspecto en sus convenios. Una mejora que amerita destacarse es la reciente decisión de incorporar a las becas Conicyt el beneficio de pre y post natal para las mujeres que nos dedicamos a la investigación".
Nanoestructuras
Cómo el mundo que concebimos cambia a escalas muy reducidas
En términos muy generales, su propuesta junto al equipo planteaba la exploración de la naturaleza y cómo el mundo que concebimos cambia a escalas muy reducidas. Pretendían aprender día a día algo nuevo acerca de lo que no se ve a simple vista pero que yace en todas nuestras experiencias. Más específicamente su investigación tuvo como primer objetivo, contribuir a la comprensión de las propiedades magnéticas y estructurales de sistemas de baja dimensión (como lo son las láminas delgadas), para determinar la correlación existente entre ambos grupos de propiedades que les permitiese manejar, por ejemplo, el magnetismo de estos nanomateriales a través del control de su crecimiento y estructura. Para esto trabajaron con un sistema de láminas de Níquel crecidas epitaxialmente sobre un sustrato de Paladio monocristalino en condiciones de ultra alto vacío y estudiaron su estructura y magnetismo. Adicionalmente buscaron indagar en el comportamiento estructural de un sistema de láminas de Hierro crecidas sobre una aleación de Cobre y Aluminio que favorecía la estabilización de una fase de alto spin del Fe.
fig. 2
fig.2 Imágenes de Microscopía de efecto túnel (STM) para la superficie de Paladio limpia y con distintos recubrimientos de Níquel (2 y 7.5 monocapas atómicas). Los distintos colores indican diferencias de altura de una capa atómica, o sea distancias verticales del orden de 0,15 nanómetros.
En relación a los resultados, la doctora cuenta que en el caso del sistema de láminas de Ni crecidas sobre Pd determinaron la presencia de tres fases estructurales a lo largo del crecimiento de Ni, que están estrechamente correlacionadas con las propiedades magnéticas de este material. "Para la primera de estas fases el Ni posee una estructura tetragonal centrada en la cara (fct) y tiene características paramagnéticas. Luego de un espesor crítico de 6.5 capas atómicas de Ni el sistema evoluciona a un comportamiento ferromagnético con magnetización orientada en el plano de la superficie de la lámina de Ni, acompañado de la formación superficial de “filamentos” que actuarían como mecanismos de liberación de la tensión entre lámina (Ni) y sustrato (Pd). Y finalmente, luego de alcanzar un espesor de 10.5 capas atómicas de Ni se observa una fase estructural cúbica centrada en la cara que mantiene su ferromagnetismo, pero que exhibiría una rotación en la orientación de la magnetización ahora orientada fuera del plano de la superficie de la lámina de Ni. Ya caracterizando la evolución estructural y magnética entendimos también la influencia que tiene la tensión producida por el desajuste de parámetros de red cristalino entre el Ni y Pd sobre este sistema".fig. 3
fig. 3 Diagrama esquemático para el funcionamiento del microscopio de efecto túnel. La punta de tungsteno aguzada atómicamente permite una resolución lateral y vertical de la superficie del orden de 1 Amstrong.
"Los investigadores que trabajamos en países en vías de desarrollo hacemos pequeñas contribuciones al conocimiento científico en términos del desarrollo mundial de la ciencia. Y digo “pequeñas” contribuciones, no por falta de dedicación y méritos de los investigadores, sino principalmente por, al menos en el caso de mi área de trabajo que es la Física Experimental, limitaciones asociadas a la falta de recursos que permitirían dotar a los laboratorios de equipamiento a nivel de países como Alemania o Estados Unidos, que nos llevan una ventaja indiscutible. Llevo cerca de cinco años trabajando en investigación en el área de Física de las Superficies. Pero cinco años es un periodo de tiempo no muy extenso, pensando en la vida promedio que dedica un investigador en Chile o en cualquier otra parte del mundo. De manera que estoy recién iniciando mis pasos de investigadora. Además en el caso de las ciencias básicas en general existen varias metáforas que utilizamos, como por ejemplo que “somos un poroto en un plato de porotos”, para entender el hecho que nuestro trabajo contribuye de alguna manera al desarrollo de la ciencia, tal vez no tan evidente (como lo sería un “trozo de longaniza” como Einstein) pero que en un principio da soporte a la comunidad científica mundial al publicar investigaciones innovadoras"."En mi caso particular mi contribución se puede medir en términos de las 4 publicaciones científicas en revistas indexadas que materialicé y de las colaboraciones internacionales establecidas. Además como lo mencioné antes uno de los objetivos cumplidos de mi trabajo de tesis fue buscar contribuir al entendimiento de la correlación existente entre propiedades estructurales y magnéticas en sistemas de baja de dimensionalidad poniendo énfasis en la influencia en el efecto de la tensión sobre las láminas delgadas".fig. 4
fig. 4 Imagen que muestra nanoestructuras cristalinas con forma de agujas y placas con dimensiones de unas decenas o centenas de nanómetros y que fue obtenida en un microscopio electrónico de barrido.
En cuanto al financiamiento de sus estudios de postgrado, los esfuerzos de Carolina han sido recompensados con la obtención de 6 becas CONICYT, la beca For Women in Science 2007 otorgada por L’Oreal-UNESCO, una beca Marie Curie de asistencia a congresos, y otras becas entregadas por la dirección de postgrado de la UTFSM. Lo que le ha permitido realizar cuatro pasantías en el extranjero, dos en el Centro de Desarrollo de Tecnología Nuclear en Belo Horizonte, Brasil y otras dos en el Centro Atómico de Bariloche, Argentina. Otra parte de esas becas han financiado un aspecto fundamental de la investigación que es la divulgación científica, a través de la asistencia a congresos en Chile y en el extranjero. También entre estas becas está una de apoyo al desarrollo de tesis que materializó un proyecto de investigación de su autoría, en el marco de su tesis doctoral. "Uno de los aspectos más cruciales para los científicos que dedicamos nuestra vida a la ciencia experimental es la obtención de recursos para adquirir equipamientos que permitan plasmar el experimento desde el papel o la idea. En general los equipos, muestras y gastos operacionales asociadas al trabajo experimental en nanociencia son de un alto costo, por ser tecnología de alto nivel que deben importarse desde países desarrollados. Y como las exigencias a nivel mundial sobre la producción científica están globalizadas, pero no así los recursos, es difícil no tener desventajas comparativas con el resto de la comunidad científica mundial. De ahí la importancia del empuje y los recursos entregados por las becas que se obtienen a lo largo de la formación doctoral"."Obtuve la beca For Women in Science que, además de entregar un importante financiamiento para desarrollar mi tesis, tiene características especiales que la hace diferente a otras becas por valorar el proyecto de vida y la entrega que significa para una mujer trabajar en ciencias desde sus inicios, desempeño y proyectos a futuro. Estoy muy agradecida porque ha sido un camino lleno de rigor, pero he tenido mucho apoyo a lo largo de estos años de crecimiento científico. Excelentes tutores, acceso a financiamiento a través de fondos concursables, padres que me han dado siempre empuje y mi esposo que ha entendido y apoyado mi pasión por la física". Recientemente Carolina fue favorecida con una beca CHILE de postdoctorado para realizar a partir de unos meses más, una investigación postdoctoral en Stanford por un periodo de dos años. El trabajo que proyectan realizar, según nos relata, se enmarca en el campo de Física de la materia condensada para sistemas de baja dimensionalidad y tiene como objetivo la construcción y manipulación de estructuras nanométricas con el fin de explorar sus propiedades físicas. Al manipular atómicamente la configuración de un sistema nanométrico se ha logrado desarrollar extraordinarias tecnologías basadas en la comprensión de las propiedades de estos nuevos materiales creados “a la medida”. Partirán desde los constituyentes más básicos de la materia (un átomo y/o un cuanto) para continuar aumentando en complejidad, pasando por la construcción de moléculas y sistemas de moléculas. A través de esta aproximación a escala atómica se pretende llegar a la comprensión de las propiedades de sistemas más complejos que permitirán su aplicación tecnológica."Quienes nos dedicamos a las ciencias en general pensamos que es ella quien nos escogió y no al revés. La Física me fascinó desde el primer instante que la conocí. Me apasionó el buscar respuestas y encontrarlas en forma exacta en ella. Así más tarde en forma natural descubrí que a mi curiosidad por entender cómo funciona la naturaleza se le podía sacar provecho haciendo trabajo experimental. Considerando a una persona que ya ha tomado la decisión de guiar sus pasos por el camino de la física experimental en Chile debo decir que el área de la nanociencia en Chile es una disciplina emergente de un alto nivel que ha sufrido un crecimiento exponencial en los últimos 15 años, pero que aún requiere de investigadores calificados que puedan dar un empuje importante al desarrollo a esta área que pretende beneficiar transversalmente disciplinas como transporte, comunicaciones, biomedicina y energía. También es importante mencionar que actualmente existe una preocupación del gobierno por apoyar la formación de personas especializadas e iniciativas en esta área, debido al entendimiento de que el desarrollo de un país está estrechamente ligado al desarrollo científico de manera que la invitación es a enfocar su determinación, tenacidad y persistencia a la nanociencia. Es un trabajo demandante. Es mucho lo que se invierte, pero las recompensas son irremplazables"."La verdad es que el sueldo promedio de un físico está por debajo del de otros profesionales en nuestro país. En países desarrollados esta situación es completamente diferente, llegando incluso a superarse el promedio. Y esta inequidad no tiene que ver con que tengamos un menor nivel de competitividad, pues en Chile existen muchos investigadores de nivel internacional. Como lo dije antes las exigencias están globalizadas, pero no así los beneficios. Y este hecho está ligado a la poca valoración social que se le da a la ciencia en Chile. Quizás una forma de cambiar la percepción es dando más cabida a espacios de difusión donde la comunidad en general pueda ser informada acerca del trabajo científico realizado. En particular en lo que respecta a los postgrados en Chile creo que es fundamental continuar mejorando las condiciones otorgadas a los becarios, como por ejemplo el otorgamiento de un seguro médico que beneficie al becario y a sus familias. Un estudiante de postgrado escoge seguir perfeccionándose cuando sus pares salen al campo laboral obteniendo todos los beneficios de salud que la ley les confiere. Esto motiva la inquietud de pedir que las becas de postgrado contemplen este aspecto en sus convenios. Una mejora que amerita destacarse es la reciente decisión de incorporar a las becas Conicyt el beneficio de pre y post natal para las mujeres que nos dedicamos a la investigación".
Curriculum VitaeDoctorado en Ciencias mención FísicaEl Programa de Doctorado en Ciencias Mención Física de la Universidad Técnica Federico Santa María existe desde 1993. Actualmente el programa se ofrece en conjunto con el Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y está acreditado por 10 años, hasta julio de 2019, por la Comisión Nacional de Acreditación. El Departamento de Física de la Universidad Técnica Federico Santa María ofrece en la actualidad dos áreas de especialización: Física teórica y experimental de Campos y Partículas, y Física teórica y experimental en Materia Condensada. En cada una de estas áreas existe una diversidad de temas de estudio en relación a otras áreas de la Física; como Astrofísica, Cosmología, Física Nuclear, Física Estadística, Magnetismo, Sistemas de Baja Dimensión, Física de Materiales, Sistemas No-Lineales, Estructuras Semiconductoras, entre otros. El programa cuenta con becas de apoyo UTFSM para arancel, asignación mensual en dinero (beca financiera) y postulación a concursos de ayudantías de docencia e investigación. Además los estudiantes pueden postular a becas externas (Conicyt, AGCI).
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