Andrés Castellanos-Gómez: “Fijarse en las preguntas adecuadas es lo que distingue a un buen investigador de uno menos bueno”

Los años nunca pasan igual para todos. Pero quizá se pueda afirmar, con poco margen de error, que 2022 ha sido el año de Andrés Castellanos Gómez. Ha ganado uno de los galardones más relevantes en la ciencia en España: el Premio Nacional de Jóvenes Investigadores, otorgado por el Ministerio de Ciencia. También ha recibido el premio Miguel Catalán modalidad sub-40, de la Comunidad de Madrid, por sus contribuciones científicas.

El investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) lleva los últimos meses del año emocionado al pensar en estos reconocimientos. Insiste en que su trabajo es gracias a todos los que confiaron y confían en él: su equipo ahora, lleno de jóvenes entusiastas por los materiales de dos dimensiones; pero también sus mentores y quienes le acogieron en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas cuando llegó “sin padrinos”.

Él estudió Física en la Universidad Complutense, se doctoró en la Universidad Autónoma de Madrid y pasó por Groninga y Delft (Países Bajos) antes de volver a España, donde recayó en IMDEA Nanociencia antes de conseguir una plaza en el ICMM. Aquí habla sobre su trabajo y cómo ve la ciencia, insistiendo siempre en el compañerismo y la diversión como base para investigar.

Pregunta: El Premio Nacional destaca cómo su investigación "explora nuevos materiales de espesor atómico y estudia sus propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas con especial interés en la aplicación de estos materiales en dispositivos nanomecánicos y optoelectrónicos”. ¿Qué nuevos materiales son esos?

Respuesta: A partir del 2004, que se aisló el grafeno, ha habido un montón de trabajo sobre él. Mi investigación se ha basado en materiales que se parecen mucho al grafeno pero que tienen sobre todo propiedades semiconductoras. Son análogos, desde el punto de vista estructural, al grafeno: son materiales con capas y enlaces muy fuertes, que no tienen enlaces desapareados fuera del plano.

P.: ¿Qué es un enlace desapareado?

R.: Cuando un átomo tiene querencia por atrapar electrones de otro átomo cercano. En algunos materiales ocurre que cuando los exfolias los átomos de esa superficie se quedan queriendo buscar otro átomo para compartir electrones. En el caso de los materiales de van der Waals eso no ocurre: cuando los exfolias la superficie está completamente pasiva, atómicamente lisa, los átomos no tienen esa querencia por compartir electrones con otros; están, digamos, cómodos.

P.: ¿Un ejemplo de esos materiales?

R.: El grafito, que forma esas capas que se pueden exfoliar fácilmente. Nosotros trabajamos con semiconductores y el ejemplo característico es el disulfuro de molibdeno, que se encuentra en un mineral llamado molibdenita.

P.: Por seguir en este primer acercamiento a la definición que dio el Premio Nacional de su trabajo, hable ahora de dispositivos nanomecánicos y optoelectrónicos. ¿Qué son los dispositivos nanomecánicos?

R.: Son dispositivos electrónicos en los que se almacena cierto tipo de información en los grados de libertad mecánica. Normalmente son resonadores mecánicos en los que uno utiliza las distintas frecuencias de resonancia del material para almacenar algún tipo de información. Se puede usar como una memoria o, por ejemplo, como un filtro, un sistema que, al tener una resonancia bien definida, permite pasar frecuencias menores, pero no permite pasar frecuencias mayores.

P.: Para hacernos una idea, ¿qué se podría conseguir con esto?

R.: Sirve para muchas cosas. Estos sistemas resuenan en frecuencias entre un megahercio y un gigahercio. Es un rango de frecuencias súper importante para cualquier dispositivo electrónico. Los teléfonos móviles, por ejemplo, tienen filtros de radiofrecuencias que están entorno a una decena de megahercios, y son filtros muy voluminosos. Gran parte del peso de un teléfono móvil son los filtros de megahercios. Por lo que si uno consiguiese hacer esos filtros utilizando un nanoresonador mecánico podría reducir mucho el tamaño del teléfono.

Otra de las cosas en las que estábamos interesados en aquel momento [durante su paso por Holanda] eran las unidades de computación cuántica, los cúbits. Los cúbits de estado sólido tienen un problema de decoherencia: pueden realizar operaciones de computación cuántica pero esa información se va diluyendo con el tiempo, se pierde la calidad del almacenamiento. Lo que intentábamos en aquel entonces es acoplar estos cubit con los resonadores mecánicos, para almacenar la información que se genera en un cubit dentro de un resonador mecánico, como una memora RAM, para después poder usarlo en otra operación siguiente.

P.: Habla de lo que querían hacer, pero ahora su trabajo ha evolucionado

R.: Desde que volví a España me centré más en la optoelectrónica, en la fabricación de fotodetectores con estos materiales bidimensionales.

P.: ¿De qué hablamos cuando hablamos de optoelectónica o fotodetectores?

R.: Cualquier sensor de luz es un fotodetector. Por ejemplo, las cámaras de fotos son una matriz de un montón de fotodetectores. Nosotros queremos hacerlos con estos materiales que son atómicamente delgados.  Lo primero que hacemos es construir fotodetectores sencillos que nos permiten aprender cosas de los materiales. Usamos el fotodetector como una herramienta para estudiar materiales.

Otra de las cosas en las que he estado interesado en los últimos años es en modificar las propiedades de estos materiales por medio de deformaciones mecánicas. Torturar un poco a nuestros cristales para que cambien sus propiedades electrónicas y ópticas.

Entonces, al coordinar estas dos acciones juntas, tenemos la idea de hacer fotodetectores adaptables. El ejemplo clásico de qué es un fotodetector adaptable es el ojo: entras en una habitación con mucha luz y el ojo humano tiene una cierta respuesta espectral y una responsividad, pero cuando entras en una habitación oscura la respuesta del ojo cambia. La idea que tenemos es hacer un fotodetector que copie el funcionamiento del ojo humano: aplicamos una deformación mecánica para correr espectralmente la respuesta y subir la responsividad o bajarla.

P.: Esto para qué serviría?

R.: Por ejemplo, para tener una misma cámara que detecte infrarrojo por la noche y luz visible de día, porque ahora esto se hace con dos cámaras diferentes. Queremos que el detector sea sensible a distintas longitudes de onda: que podamos tener información espectral en cada píxel de la imagen, lo que tiene muchas aplicaciones en la industria (la alimenticia, sobre todo). Y de ahí puedes imaginar cualquier escenario cotidiano: por ejemplo, yo siempre pienso en cuando pones protector solar a los niños, que siempre uno duda sobre si falta algún espacio (ríe). Si uno tuviese una cámara hiper-espectral podría ver si falta ese trozo.

P.: También ahora tu trabajo se está yendo hacia materiales no contaminantes, ¿cómo estás trabajado aquí?

R.: Desde hace un par de años hemos empezado a integrar los materiales de van del Waals semiconductores en substratos biodegradables. En lugar de integrar nuestros dispositivos en obleas de silicio, que es lo estándar, los estamos fabricando en sustratos de papel, almidón de patata, albúmen de huevo... Tratamos de combinar otros materiales para poder hacer dispositivos biodegradables o que dejen pequeñas trazas de materiales de Van der Waals, que no son contaminantes.

P.: ¿Cómo va este proceso?

R.: Bien. Hasta ahora creo que esto de electrónica en papel estaba dominado por gente con un background más químico y nosotros estamos dando una visión un poco distinta. Creo que estamos proporcionando cosas nuevas en el campo. Y nos lo estamos pasando muy bien. Estamos aprendiendo un montón de cosas nuevas. Yo estoy evolucionando hacia un perfil más aplicado y me siento bastante cómodo con eso.

P.: A la hora de trabajar con materiales que vienen de la naturaleza no hay que olvidar que ésta también es finita. Por ejemplo, cuando trabajan con papel, ¿qué utilizan?

R.: Usamos papel de impresora, pero también hemos usado papel de estraza. En gran medida prácticamente todos los sustratos de celulosa pueden aplicarse en el tipo de dispositivos que desarrollamos. Tal vez haya algunas diferencias de rendimiento, pero no creo que sea muy notable.

Desde el punto de vista medioambiental, al menos en Europa las papeleras están súper controladas. No se talan más árboles de los que se plantan. Otra cosa es en otros países, pero en Europa eso está muy controlado.

P.: Trabajan incluso con papel higiénico, que es un material que prácticamente se diluye al contacto con el agua. ¿Cómo se enfrentan a esas dificultades?

R.: Depende del tipo de aplicación que uno quiera. Lo del papel higiénico fue una prueba de concepto para empezar a trabajar en dispositivos que sean solubles en agua. Estamos trabajando con papeles que se deshacen en agua porque en alguna aplicación uno quiere que la degradación del dispositivo ocurra muy rápido. Esto lo buscamos en aplicaciones de usar y tirar, por ejemplo, de uso biomédico. Si en lugar de simplemente tirar el dispositivo después de usarlo, uno puede degradarlo directamente, pues eliminas el problema de la basura electrónica, que es el mayor problema que nos motiva a trabajar en la electrónica en papel.

P.: ¿Hacia dónde se encamina su investigación? ¿Alguna idea nueva?

R.: Es difícil de saber. En la investigación uno siempre se encuentra cosas que no esperaba, si no sería muy aburrido.

P.: ¿Se había planteado, años atrás, la implementación de dispositivos electrónicos en papel o patata?

R.: No. Lo que sí que más o menos tenía pensado desde el punto de vista vital es que quería transicionar hacia una investigación más aplicada. Eso sí lo sabía, siempre he sido una persona muy pragmática, pero esto es algo que te permites hacer cuando ya tienes una plaza fija, cuando uno puede cambiar de tema de investigación de una forma más cómoda.

P.: ¿Por qué?

R.: Cuando uno está buscando su futuro, su permanencia en el sistema de investigación, tienes que tener resultados, y cambiar de tema de investigación de manera radical conlleva un cierto periodo de sequía.

Ahora mismo las evaluaciones repercuten en la financiación que tengo para hacer ciencia, pero no repercuten en tener un salario a final de mes. Es un nivel distinto. Uno puede permitirse el lujo de tomar esos riesgos: en el peor de los casos uno recibe menos proyectos, pero es un riesgo que puedes correr. Puede ocurrir que te equivoques, que el tema no sea bueno, pero puedes volver atrás. Siempre queda la habilidad del investigador de buscar las preguntas adecuadas: en el camino surgen muchas preguntas, y fijarse en las adecuadas es lo que distingue a un buen investigador de uno menos bueno.

P.: En su grupo crean su propia maquinaria ante la falta de tecnología previa en el área. Esto al final es otra rama de investigación

R.: Sí. En el fondo es una decisión personal. Uno puede hacer investigación usando única y exclusivamente aparatos comerciales. También uno puede hacer investigación solo con aparatos caseros. Nosotros estamos en un punto intermedio por practicidad. A mí me gustan los montajes experimentales que requieren poca inversión desde el punto de vista económico y del tiempo, y que sean fáciles de usar. Creo que dotar a una comunidad de herramientas adecuadas hace que esa comunidad crezca. Siempre pensamos que todo el mundo hace investigación en sitios como Stanford o el MIT, pero hay muchos más sitios haciendo ciencia con medios más limitados. El hecho de ser capaz de proveer de ciertas herramientas ayuda mucho al campo.

P.: Cuando construyen sus aparatos los ponen a disposición de la comunidad científica

R.: Sí, lo publicamos en abierto. Solemos publicar artículos en los que describimos los montajes con todo tipo de detalles

P.: Y esto es con el ánimo de que la gente lo pueda replicar

Claro. De hecho, tenemos muchos visitantes todos los años que vienen motivados por esto. A lo mejor han visto la publicación, quieren replicar esto en su laboratorio y vienen en una visita corta para ver exactamente cómo está montado y les damos una pequeña formación. Después se van a su sitio de origen y se lo montan.

Ángela R. Bonachera/ ICMM-CSIC Comunicación