Introducción

La historia de los materiales es parte de la historia de la humanidad y de la civilización. A través del tiempo, los materiales han marcado el grado de desarrollo del hombre y de la cultura, denominando sus etapas de acuerdo al tipo de materiales utilizados, así se tiene la edad de piedra, de bronce, de hierro, hasta la de plástico y de silicio. En general, los descubrimientos de nuevos materiales con extraordinarias propiedades conducen a grandes avances tecnológicos.

La búsqueda de nuevos materiales no es una tarea fácil. Un centímetro cúbico de cualquier material contiene típicamente 10²³ átomos, siendo cada uno de ellos un elemento de la tabla periódica, por lo que el número de posibilidades alcanza la asombrosa cantidad de . Aunado a esta variación química, existe una diversidad estructural. Por ejemplo, tanto el diamante como el grafito están formados únicamente por átomos de carbono; sin embargo, sus propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas son enteramente diferentes debido a su diferencia estructural, como se muestra en la figura 1. Históricamente la búsqueda de nuevos materiales se ha realizado por procesos de prueba y error, mezclando diferentes sustancias mediante distintos procedimientos y esperando que tengan propiedades novedosas. La experiencia de esta búsqueda se ha heredado de generación en generación pero muchos de los grandes descubrimientos han sido accidentales.

Figura 1. Representación esquemática de las estructuras de diamante y grafito.

A partir del surgimiento de la mecánica cuántica en la década del veinte del siglo pasado, se abrió la posibilidad de entender el comportamiento del mundo microscópico, habiendo logrado su gran éxito en la descripción de los átomos. En particular, la teoría de bandas en sólidos cristalinos dentro de la aproximación de electrones independientes, condujo al diseño teórico del primer transistor al menos dos años antes de su construcción,¹ galardonando a William B. Shockley, John Bardeen y Walter H. Brattain con el premio Nobel de Física en 1956 por el desarrollo de dicho transistor, el cual constituye la base de toda la microelectrónica actual. El Profesor Shockley es considerado como el fundador del Valle de Silicio en California, Estados Unidos, mientras que sus discípulos Robert Noyce y Gordon E. Moore fueron los creadores de Intel, el mayor productor actual de circuitos integrados del mundo. Cabe mencionar que el número de problemas solubles en la mecánica cuántica que puedan ser resueltos usando sólo lápiz y papel es muy reducido; de hecho, cualquier intento de resolver analíticamente la ecuación de Schrödinger correspondiente a un sistema tridimensional de muchas partículas interactuantes está condenado al fracaso; por eso es que hoy en día la mayoría de estos problemas se aborda numéricamente usando computadoras.

1. E. Braun y S. MacDonald. Revolución en miniatura, Tecnos Editorial S.A., 1984.

Materiales por diseño ¿ficción o realidad?
Chumin Wang, Carlos Ramírez y Vicenta Sánchez