Las fuerzas de dispersión son responsables de multitud de fenómenos naturales como la adhesión o la tensión superficial y juegan un papel fundamental en el comportamiento de pinturas, tintas, productos alimenticios o fluidos biológicos, como proteínas o células sanguíneas. En un trabajo publicado recientemente en la revista Nature Communications, un equipo de científicos del Donostia International Physics Center (DIPC), del Instituto de Física de la Materia Condensada (IFIMAC-UAM) y la Universidad de Friburgo (Suiza), muestra por primera vez que es posible inducir y controlar este tipo de fuerzas en la nanoescala utilizando campos de luz láser aleatorios.

El origen de las fuerzas de  dispersión, conocidas también como  fuerzas de van der Waals, está relacionado con la presencia de campos electromagnéticos naturales que fluctúan de forma  muy rápida. En comparación con otros enlaces químicos comunes, estas fluctuaciones de origen cuántico y térmico inducen una interacción relativamente débil entre moléculas y objetos muy pequeños. Sin embargo, la naturaleza nos ha enseñado que combinando las fuerzas de van der Waals de millones de pequeños pelos para adherirse a una superficie, lagartijas, salamanquesas o algunas arañas, incluido el mismo Spiderman, son capaces de  trepar por paredes verticales completamente lisas sin utilizar ningún adhesivo. 

Con la idea de imitar estas fluctuaciones naturales, los investigadores generaron una nube de luz láser aleatoria similar a la luz que se ve cuando el sol brilla a través de la niebla, aunque con una intensidad mucho mayor. En el experimento introdujeron dos pequeñas cuentas de plástico en la nube de luz y con ayuda de un microscopio midieron con precisión la fuerza de interacción entre las partículas mediante el estudio de la posición relativa de las dos partículas. En este trabajo, los grupos del profesor Scheffold en Friburgo y el profesor Sáenz en Madrid y San Sebastián, muestran que es posible inducir, controlar y sintonizar fuerzas de dispersión mediante campos de luz láser.

Al igual que en la naturaleza, la fuerza entre las partículas depende de su distancia relativa, pero no de su posición real dentro de la nube de luz. Al subir la intensidad de la luz en la nube, la atracción entre las partículas aumenta, influyendo directamente en su posición relativa. Esta última nos permite cuantificar la magnitud de la fuerza generada, y sus propiedades por lo tanto, pueden ser controladas mediante la selección apropiada de la intensidad y el color de la luz en la nube. Los resultados de este trabajo sugieren la posibilidad de controlar completamente las interacciones entre pequeños objetos en dos o tres dimensiones. Tal y como ha explicado el investigador del DIPC Juan José Sáenz, este nuevo enfoque es muy alentador ya que podría facilitar el diseño de suspensiones coloidales y nuevos materiales nanoestructurados con propiedades físicas  "a la carta". Emular a Spiderman es ya un poquito menos ficción y más realidad.

El profesor Juán José Sáenz, actualmente catedrático de Física de la Universidad Autónoma de Madrid, tiene un largo recorrido como investigador visitante del DIPC. En septiembre, Sáenz se incorporará definitivamente al DIPC como profesor investigador de Ikerbasque, tras renunciar a su puesto en la UAM. Las investigaciones de Juan José Saénz se centran principalmente en el campo de la fotónica, por lo que su incorporación permanente al DIPC supone un gran refuerzo al excelente trabajo que ya se viene realizando en el centro vasco en esta prometedora línea de investigación.  
 

Foto: DIPC