Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC - UN ...Se dice que trabajamos en la nanoescala cuando los tamaños típicos de los objetos que se estudian o fabrican son inferiores

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PREMIOS E IMÁGENES FINALISTAS DELCONCURSO SPMAGE07

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UN VISTAZO AL NANOMUNDOPREMIOS E IMÁGENES FINALISTAS DEL CONCURSO SPMAGE07

Exposición realizada en el marco de la VI Muestra de Arte Electrónico de Móstoles (MAEM)

Del 6 al 16 de Noviembre de 2007Aulario de la Universidad Rey Juan Carlos

Campus de Móstoles

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UN VISTAZO AL NANOMUNDO

El verdadero punto de inflexión entre el sueño de la mani-pulación y visualización a escala atómica y la realidad dehoy en día, en la que la Nanociencia y la Nanotecnologíaforman uno de los paradigmas más poderosos de la inves-tigación, fue la aparición de unas sencillas pero fascinan-tes herramientas que se denominan de forma conjuntaMicroscopios de Campo Cercano o de Proximidad (eninglés Scanning Probe Microscope, SPM). Dichas herra-mientas han revolucionado los métodos de trabajo en loslaboratorios de investigación del mundo entero y en algu-nos casos ya se han incorporado al proceso de producciónde algunas industrias avanzadas.

El concurso de imágenes del nanomundo SPMAGE07 hasido un tributo a las aportaciones que estas “nanoherra-mientas” han proporcionado al desarrollo científico. La ini-ciativa ha sido recibida con gran entusiasmo por la comu-nidad científica, que ha enviado imágenes de gran calidady belleza, cubriendo casi todos los tópicos de lo que llama-mos Nanotecnología. En esta exposición se muestran lascinco imágenes premiadas por un Jurado Internacionaljunto con otras cuarenta y seis imágenes finalistas.

Este concurso de imágenes científicas es también unaforma de acercar el nanomundo a la sociedad, para que se

sumerja en la fascinación que ejerce lo extremadamentepequeño y entienda el fenómeno científico como la acciónintrépida de un grupo de personas, los científicos, que lle-van al límite su curiosidad por el entorno que nos rodea ynosotros mismos. Detrás de cada imagen hay muchashoras de esfuerzo. Entre miles de datos, siempre quedaun momento para descansar, reflexionar y encontrar belle-za en las corrientes y voltajes que se dibujan ante nues-tros ojos. No hay campo más cercano al arte que la mismaciencia.

Queremos agradecer a todos los participantes, a losmiembros del Jurado, a los miembros de las Comisionesde preselección, y a las instituciones y empresas que hanpatrocinado el concurso y la exposición.

Dra. Agustina Asenjo Barahona, CSICDr. Julio Gómez Herrero, UAM

Dr. José María Gómez Rodríguez, UAMDr. Pedro A. Serena Domingo, CSIC

D. Fernando Hernández Cuadra, UAM

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EL INTERÉS POR LAS COSAS PEQUEÑAS

A lo largo del siglo XX el ser humano ha sido capaz defabricar objetos y dispositivos cuyos componentes presen-taban, año tras año, tamaños más y más diminutos. Estatendencia ha sido más evidente en el ámbito de la electró-nica, dondese ha cumpli-do la llamadaLey de Moore,que afirmaque, cada 18meses aproxi-madamente,el tamaño delos elementosde los circuitos integrados se reduce a la mitad. La conse-cuencia de todo esto es que, sin percibirlo, hemos pasadode la Micro a la Nanotecnología, la ciencia que se encar-ga de entender cómo funcionan los objetos y sistemas quetienen tamaño nanométrico. Recordemos que un nanóme-tro (nm) es una longitud equivalente a la cien millonésimaparte de un metro. Un nanometro es una longitud realmen-te pequeña, y equivale, por ejemplo, a la distancia en laque podríamos disponer 4 ó 5 átomos de forma contigua.El prefijo “nano” proviene del griego “nanos” (pequeño).

¿QUÉ ES LA NANOTECNOLOGÍA?

Podemos definir la Nanotecnología como el conjunto deconocimientos, metodologías y herramientas que loshumanos hemos adquirido y desarrollado para ser capa-ces de diseñar, sintetizar, y fabricar materiales, objetos y

dispositivos de tamaño nanométrico o con precisiónnanométrica. El interés por fabricar estos nanoobjetos onanomateriales se debe a que los mismos pueden pre-sentar propiedades mejoradas o totalmente nuevas debi-do a su tamaño pequeño. Por ejemplo, en el mundo de laelectrónica más pequeño significa, por ejemplo, disponerde microchips más rápidos o poseer más capacidad dealmacenamiento por centímetro cuadrado en un discoduro. En otras ocasiones un tamaño más pequeño impli-ca que el sistema en cuestión se comporta de una mane-ra que no tiene nada que ver con lo que le ocurriría si

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Insectos: 0.1-5 cm (1 cm = 0.01 m = 10-2 m)

Una celula: 10-20 micras (1 micra = 0.001 mm = 10-8 m)

Tamaño típico de un virus: 20-1000 nm

1 nanómetro = 1 nm = 0.000001 mm = 10-9 m = 0.001 micra

Longitud de una cadena de 6 átomos de Carbono: 1.15 nm



tuviese tamaño macroscópico. El origen de este compor-tamiento diferente se debe a que la materia a escala nano-métrica sigue las reglas de la Mecánica Cuántica.

Se dice que trabajamos en la nanoescala cuando lostamaños típicos de los objetos que se estudian o fabricanson inferiores a 100 nm. En 1959, el físico estadouniden-se Richard Feynman (Premio Nobel de Física en 1965)impartió una conferencia con el título “Hay mucho sitio ahíabajo” en la que mostraba que la manipulación de átomosy moléculas era posible y no violaba ley física alguna. Sólonuestra torpeza para movernos en la nanoescala sería laque nos limitase. Feynman también pronosticó el impactoque tendría la miniaturización sobre las capacidades delos ordenadores electrónicos y propuso algunas herra-mientas para trabajar en la nanoescala.

La nanotecnología es un tópico de investigación multisdi-ciplinar, donde muchas disciplinas tradicionales (Biología,Química, Física, Ciencia de Materiales) convergen. Estecarácter multidisciplinar hace que la investigación en

nanotecnología sea compleja, necesite de un mayoraprendizaje, y requiera un esfuerzo adicional por estable-cer contactos entre ámbitos científicos diferentes. Sinembargo, la Nanotecnología también propicia que las apli-caciones de la Nanotecnología sean múltiples, de caráctertransversal. Se dice que la Nanotecnología es el pilar de lanueva revolución industrial del siglo XXI. El gran númerode aplicaciones que la Nanotecnología nos va a ofrecer hahecho que, desde hace una década, las inversiones de losgobiernos y empresas para fomentar este campo de inves-tigación se hayan incrementado notablemente. EnEspaña, desde la Administración General del Estado y lasComunidades Autónomas, se están haciendo esfuerzospor no perder el tren de las Nanotecnologías.

Aunque la Nanotecnología está “en pañales” cada día quepasa es posible encontrar más productos que tienen algúncomponente de índole “nano”: sistemas de almacenamien-to o de reproducción musical, chips de las videoconsolas yordenadores personales, filtros de frigoríficos, cremas pro-tectoras solares, cosméticos, vidrios que reflejan la luzultravioleta, vidrios anti-vaho, componentes de alta resis-tencia mecánica para automóviles, tejidos anti-suciedad,palos de golf, cremas dentales, pinturas, adhesivos, etc. Elprogreso de la Nanotecnología es imparable.

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HERRAMIENTAS PARA LA NANOESCALA

A principios de los años 80, dos investigadores delLaboratorio de IBM en Zürich (H. Rohrer y G. Binnig)diseñaron un equipo relativamente sencillo, con el cualpodían observar las superficies de objetos con una reso-lución sin precedentes. ¡Incluso se podían ver los áto-mos que forman las superficies! Este equipo se llamómicroscopio de efecto túnel y se le conoce por sus siglasen inglés STM (de “scanning tunneling microscopy”).Por este descubrimiento ambos investigadores recibie-ron el Premio Nobel de Física en 1986.

Un microscopio STM funciona gracias a una pequeñapunta metálica que actúa como una sonda que se apro-xima a la superficie que se desea observar. A una dis-tancia pequeñísima (inferior al nanómetro) se estableceuna débil corriente eléctrica entre la punta y la muestra.Esta corriente, que se debe al llamado “efecto túnel”(¡un fenómeno cuántico!), varía muy rápidamente amedida que cambia la separación entre muestra ypunta. Esta corriente nos permite conocer la topografíade la superficie y determinar las regiones planas, la pre-sencia de escalones, hoyos, montículos e incluso verátomos.

Esquema de funcionamiento de un STM

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Fotografía del primermicroscopio de STM cons-truido en los laboratoriosde IBM en Zürich



Uno de los secretos que hay detrás de un microscopio deefecto túnel es la posibilidad de mover una punta respec-to de una superficie (acercándonos o alejándonos) obarriendo la misma con precisión inferior al nanómetro.Esto es posible gracias a materiales piezoeléctricos queson capaces de deformarse mediante la adecuada aplica-ción de un voltaje.

Gracias al nanocontrol han surgido una serie de herra-mientas que son capaces de observar lo que ocurre enuna superficie de forma local y con precisión nanométrica.Todas estas herramientas se engloban bajo el nombregenérico de SPM (del inglés “scanning probe micros-copy”).

Esquema de funcionamiento de un AFM

Entre las diversas herramientas SPM quizás es el micros-copio de fuerzas atómicas (AFM, de “atomic force micros-copy”) el que ha tenido más éxito, encontrándose en cien-tos de laboratorios del mundo como una herramientaimprescindible de caracterización. El AFM detecta la fuer-za (la interacción) entre una superficie y un punta que seencuentra al final de una micropalanca (“cantilever”).Cuando la palanca se acerca a la superficie aparecen fuer-zas atractivas (de van der Waals) entre ambas y la palan-ca se dobla. Conociendo la distancia que dicha palanca seflexiona (usando un pequeño haz láser) y aplicando la leyde Hooke, podemos conocer el valor de la fuerza entrepunta y muestra. Desplazando la palanquita sobre lasuperficie podemos hacer un mapa de fuerzas.

Como dato de interés hay que señalar que los microsco-pios AFM pueden operar en condiciones ambientalesdiversas (al aire, con diferente humedad, temperatura,…)lo que les hace muy versátiles. También pueden medir enlíquidos y esto les abre aplicaciones en biología, dondepueden observar entes biológicos vivos.

Si la punta ubicada sobre la palanquita es magnética,entonces detecta señales magnéticas, como las origina-das en un sistema de almacenamiento magnético, dondelos bits (0,1) corresponden con orientaciones opuestas delmomento magnético. Esta sonda SPM se denominaMicroscopio de Fuerzas Magnéticas (MFM, de “magneticforce microscopy”).

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Un microscopio SPM “palpa” la superficie “leyendo” sutopografía de la misma manera que los dedos de una per-sona pueden detectar los montículos que forman el alfabe-to Braille. De la misma forma que una persona invidentedebe imaginar qué es lo que palpa con sus dedos, loscientíficos deben reconstruir con un potente software losobjetos a partir de las señales que detectan. En el ejerci-cio de reconstrucción es cuando las bellas imágenes sur-gen. Imágenes que para algunos son un gran hallazgo, unpaso adelante en el saber, y para otros son una fuente demeditación e inspiración. En cualquier caso estas imáge-nes nos sirven para entender como está constituido ycomo funciona el minúsculo mundo que nos rodea.

EL FUTURO

Seguramente las herramientas SPM serán protagonistasdel desarrollo de la Nanotecnología en el presente siglo.Este impacto será similar al que tuvieron los microscopioselectrónicos en el siglo XX. Sin embargo, las herramientasSPM no se limitarán a ser "los ojos" del nanomundo ya quetambién servirán para construir complejos nanomanipula-dores que permitirán ensamblar nanoobjetos y nanodispo-sitivos con propiedades a medida. Estas herramientasjunto con otras técnicas propias de la Nanotecnologíacambiarán los mecanismos de producción, las industrias,los bienes de consumo, los hábitos de la población, y, ensuma, la sociedad.

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Las imágenes finalistas delconcurso SPMAGE07 se pueden descargar en la exposición virtual

http://www.icmm.csic.es/spmage07



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UN VISTAZO AL NANOMUNDOPREMIOS E IMÁGENES FINALISTAS DEL CONCURSO SPMAGE07



¿COMO VER LA EXPOSICIÓN?:

Cada imagen detalla, en su parte inferior, el títu-lo, el autor, la institución y el país. También semuestra una breve descripción del sistema estu-diado, la técnica SPM usada y el área de interéso aplicación de la investigación realizada.

TITULO DE LA IMAGENAutorInstitución (País)

Descripción de la imagenTÉCNICA DE MICROSCOPÍA USADAÁREA CIENTÍFICA DE INTERÉS

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NANOANILLOSAndreas FuhrerETH Zürich (Suiza)

Imagen AFM de una estructura con forma anular deuna micra de diámetro conectada mediante cuatro ter-minales. Todas las líneas (de una altura de 15 nm ) sehan “dibujado” sobre GaAlAs mediante la técnica lito-gráfica de oxidación local usando la propia punta delmicroscopio de fuerzas atómicas. Este dispositivo per-mite observar interesantes efectos cuánticos en eltransporte electrónico, abriendo la puerta a futuros dis-positivos nanoelectrónicos.AFMNANOFABRICACIÓN, NANOELECTRÓNICA

Primer PremioPrimer Premio



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GLÓBULOS ROJOS HUMANOS TRAS TRATA-MIENTO CON ANTIBIÓTICOLuciano Paulino SilvaEMBRAPA Recursos Genéticos y Biotecnolgía (Brasil)

Imagen AFM de tres glóbulos rojos humanos deposita-dos sobre vidrio después del tratamiento con filometili-na (un péptido antibiótico extraído de la piel de la ranamono - Phyllomedusa Hypochondrialis). Las regionesamarillentas muestran como el antibiótico ha dañadola membrana celular produciendo discontinuidades enla misma. Esta imagen tiene un tamaño de 14.5 µm x14.5 µm. La altura de los glóbulos rojos es algo menorde 1 µm.AFMNANOBIOLOGÍA, NANOMEDICINA

Segundo PremioSegundo Premio



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RAÍZKonstantin DemidenkoInstituto Leibniz de Investigación en Polímeros(Alemania)

Parte de una red de moléculas de polielectrolito (PE)absorbidas sobre una superficie hidrofóbica. Aunqueestas moléculas suelen formar estructuras alineadas,en algunas ocasiones se organizan siguiendo patronesde tipo dendrítico como el que se muestra en la ima-gen. Estas moléculas se pueden utilizar como planti-llas para ensamblar estructuras basadas en polímerosconductores o metales con interés en nanoelectrónica.AFMNANOFABRICACIÓN, NANOQUÍMICA

TTercer Premioercer Premio



“CIRCUITOS INTEGRADOS” DE TIMINACornelius KrullUniversidad Libre de Berlín (Alemania)

Esta imagen STM muestra hileras de dímeros de timi-na (nucleobase que se encuentra en el ácido desoxi-rribonucleico, ADN) formando patrones geométricossimilares a los que se encuentran en las placas de loscircuitos integrados. La timina, además de la estructu-ra helicoidal del ADN, también puede formar otrasestructuras sobre los substratos adecuados (comosucede en este caso, en el que se emplea la superfi-cie Ag/Si(111) R3xR3).STMNANOFABRICACIÓN, NANOBIOLOGÍA

MARGARITAS DEL NANOMUNDOCarmen MunueraInstituto de Ciencia de Materiales de Madrid, ICMM -CSIC (España)

Imagen AFM que muestra una estructura de siliciurode hierro con forma de margarita. Dicho motivo hasido crecido usando la técnica de epitaxia por hacesmoleculares (MBE, del inglés “molecular beam epi-taxy”) mediante la deposición de átomos de hierrosobre una superficie de silicio (substrato que aparecerepresentado con color verde).AFMNANOFABRICACIÓN

NANOCRISTALES ICOSAÉDRICOS EN UNASUPERFICIEFabien SillyUniversidad de Oxford (Reino Unido)

Imagen STM de diferentes nanocristales de plata quemuestran un aspecto icosaédrico. La estructura ico-saédrica, presenta simetrías pentagonales que noestán permitidas en cristalografía clásica. En las imá-genes se muestran distintos icosaedros apoyadossobre un substrato. Los nanocristales aparecen conorientaciones diferentes según se apoyen sobre suscaras, aristas o vértices. En este último caso se mani-fiesta con gran belleza la simetría pentagonal.STMNANOPARTÍCULAS

NANOHILOSOliver BäumchenUniversidad Saarland (Alemania)

Imagen AFM de 2 µm x 2 µm que muestra una estruc-tura de nanohilos de un material nanocomposite fabri-cado a partir de aluminio y óxido de aluminio. Dichoshilos han sido crecidos mediante deposición en fasevapor (PVD) y presentan un fuerte carácter hidrofóbi-co, como ocurre en el caso de las hojas del loto(Nelumbo Nucifera). Este carácter hidrófobo permitesu utilización como recubrimiento autolimpiable o anti-vaho.AFMNANOMATERIALES, NANOFABRICACIÓN

UN TRANSPORTADOR MOLECULARLeo GrossLaboratorios de IBM en Zurich (Suiza)

Imagen STM de 12 nm x 9 nm que muestra una molé-cula de hexa-tert-butil-hexafenilbenceno que ha sidomanipulada mediante el uso de una punta de STMhasta atrapar dos átomos de cobre y formar un com-plejo molécula-metal. Esta molécula puede llegar acontener hasta 6 átomos de cobre, y permite almace-nar, transportar y posteriormente liberar dichos átomossobre una superficie. La imagen muestra también, enla parte inferior, algunos átomos de cobre aislados.STMNANOQUÍMICA, NANOMANIPULACIÓN

ANILLOS DE POLIPIRROLDavid CaballeroLaboratori de NanoBioEnginyeria de la Universitat deBarcelona (España)

Anillos de polipirrol (Ppy) de 2,5 micras de diámetro y400 nm de atura obtenidos mediante técnicas deestampado. Dicho estampado se produce sobre super-ficies de oro previamente funcionalizadas. Sobredichas superficies se define inicialmente un patrón detioles usando la técnica de impresión por microcontac-to en inmersión (SuCP). Es en estas áreas dondecrece posteriormente el polipirrol mediante electropoli-merización. Este tipo de técnicas permitirá la fabrica-ción de circuitos de grandes dimensiones pero fabrica-dos con componentes nanométricos.AFMNANOFABRICACIÓN, NANOQUÍMICA,NANOLITOGRAFÍA

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Cuarto PremioCuarto Premio Quinto PremioQuinto Premio



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NANOCLUSTERS SOBRE UNA SUPERFICIE DEOROJakob KibsgaardUniversidad de Aarhus (Dinamarca)

Imagen STM con resolución atómica (7 nm x 7 nm)que muestra información detallada de dos nanoclus-ters (pequeños agrupamientos atómicos) triangularesde MoS2 sobre una superficie Au(111). Estos nano-clusters han sido usados durante décadas en la indus-tria petroquímica como catalizadores durante trata-mientos hídricos del petróleo crudo. En particular sir-ven para eliminar impurezas como el azufre, disminu-yendo así problemas medioambientales como la lluviaácida.STMNANOPARTÍCULAS, NANOQUÍMICA

CADENAS DE ORO AUTOENSAMBLADAS SOBRESILICIOCorsin BattagliaUniversidad de Neuchâtel (Suiza)

Imagen STM que muestra la topografía de un conjun-to de cadenas atómicas de oro crecidas ordenada-mente sobre una superficie de silicio mediante técni-cas de autoensamblado molecular, en un proceso detipo “bottom-up” (de abajo hacia arriba). La separaciónentre dos cadenas adyacentes es de únicamente 1.5nm. El autoensamblado de átomos y moléculas sobresuperficies bien definidas proporcionará una ruta paraconstruir de forma masiva nanodispositivos de interésen nanoelectrónica.STMNANOFABRICACIÓN, AUTOENSAMBLADO,NANOELECTRÓNICA

NANORED DE NITRURO DE BOROMartina CorsoDonostia International Physics Centre - DIPC (España)

Imagen STM (10 nm x 10 nm) de una nanored hexa-gonal de nitruro de boro (h-BN) sobre una superficie(111) de rodio. Esta estructura ordenada tiene unaperiodicidad de 3,2 nm. Los poros tienen 2 nm de diá-metro y son regiones donde dicha capa e-BN estáunida fuertemente al sustrato (zonas de color anaran-jado). Otras zonas de la capa e-BN no están enlaza-das fuertemente al substrato (representadas con tonosamarillos). Estas regiones aparecen por la descompo-sición sobre el rodio de una molécula precursora(boracina). Gracias a su estabilidad, esta estructurapuede ser utilizada para llevar a cabo una adsorciónselectiva de moléculas.STMNANOESTRUCTURAS, AUTOENSAMBLADO

NANOCAPULLOS EN LA OSCURIDADDimas García de OteyzaInstituto Max Planck de Investigación en Metales(Alemania)

La imagen STM muestra un área de 13 nm x 13 nmde una superficie (111) de oro tras la deposición simul-tánea en proporción 1:1 de dos tipos de moléculas conestructura plana: di-indeno-perileno (DIP) y ftalociani-na de cobre (CuPc). Dicha deposición se ha logradousando técnicas de epitaxia de haces moleculares(MBE). Las moléculas se ordenan en hileras alternan-tes de las dos especies moleculares siguiendo orienta-ciones bien definidas.STMNANOESTRUCTURAS, AUTOENSAMBLADO

ESCHERICHIA COLI CON “PILI” Y FLAGELOSAng LiUniversidad Nacional de Singapur (Singapur)

Imagen de una bacteria Escherichia Coli obtenidamediante AFM en modo “tapping” (contacto intermiten-te) y en ausencia de humedad. Se pueden observarnítidamente estructuras flagelares y los pili (en latín“cabellos”). El tamaño de la célula es de aproximada-mente 1,9 micras de largo por 1 micra de ancho. Lospili y los flagelos tienen anchuras de 20 nm y 30 nm,respectivamente.AFMNANOBIOLOGÍA

NANO-”GOFRE”Javier BareñoUniversidad de Illinois en Urbana-Champaign(Estados Unidos)

La imagen muestra una estructura obtenida mediantedeposición de nitruro de silicio (SiNx) sobre una super-ficie (001) de nitruro de titanio (TiN) de 23,6 nm x 20,4nm. El nitruro de silicio depositado induce la aparición(reconstrucción) de una malla de nanohilos de 1 nmde ancho y 0,12 nm de altura, siguiendo orientacionesbien definidas. Estos materiales pueden llegar a pose-en una dureza similar o superior a la del diamante, porlo que poseen gran interés para aplicaciones industria-les.STMNANOMATERIALES, NANOFABRICACIÓN, NANOES-TRUCTURAS

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NANOESTRUCTURACIÓN DEL FLUORURO DELITIOHenning LebiusCIRIL/GANIL (Francia)

Imagen en modo “tapping” (contacto intermitente) deuna superficie de 3 µm x 3 µm de un monocristal defluoruro de litio (LiF) que fue irradiado con iones rápi-dos de Xe (con energía de 90 MeV) con un ángulo deincidencia de 90º. Las terrazas planas que están sepa-radas por escalones de uno o varios átomos de alturase pueden ver fácilmente en la imagen. Los ionespenetran en el cristal sin formar cráteres, dando lugara pequeños montículos de pocos nanómetros de altu-ra. Estas estructuras nos permiten estudiar la interac-ción de iones de alta energía con la materia.AFMNANOESTRUCTURAS, NANOFABRICACIÓN

BUTTERFLOWERBeatriz Pérez-GarcíaUniversidad de Murcia (España)

Esta imagen se ha obtenido combinando dos imáge-nes adquiridas mediante AFM. La imagen que repre-senta la flor se ha obtenido fundiendo de manera con-trolada una nano-columna de óxido de zinc (ZnO)mediante la técnica c-SFS (del inglés “conductingscanning force spectroscopy”). La imagen que repre-senta la mariposa es parte de una estructura laminarde poli-3-octiltiofeno (P3OT), un polímero conductorusado en la fabricación de células solares orgánicas.La mezcla de estas dos imágenes representa una con-fusa mariposa atraída por una flor.AFMNANOESTRUCTURAS, NANOELECTRÓNICA,NANOFOTÓNICA

¡ECHANDO UN VISTAZO AL ESPACIORECÍPROCO!Miguel Moreno UgedaUniversidad Autónoma de Madrid (España)

Esta imagen se ha obtenido de la combinación de dosimágenes diferentes. Por un lado nos muestra (en azuly amarillo) la fase 3x3 del sistema Sn/Ge(111) adquiri-da mediante STM a una temperatura de 80K. Aparecede forma superpuesta la imagen de la transformadarápida de Fourier (FFT) de la topografía superficial(picos afilados en color rojo y blanco). La transforma-da de Fourier permite identificar dos periodicidadesdiferentes, la (R3xR3)30º (pico rojos) y las 3x3 (picosblancos). Esta imagen ilustra la capacidad de las téc-nicas SPM para obtener información sobre las superfi-cies.STMCIENCIA DE SUPERFICIES

CÍRCULO DE ÁTOMOS DE BROMO SOBRE SILICIOSeung Yun YangUniversidad de Toronto (Canadá)

Doce átomos de bromo han sido “impresos” sobre unasuperficie (111)-(7x7) de silicio. Para obtener estaestructura se han adsorbido sobre dicho sustrato docemoléculas de metil-bromuro a 50K. Mediante ilumina-ción de un laser ultravioleta (UV) estas moléculas sedisocian dejando los átomos de bromo fuertementeligados a la superficie de silicio formando un círculoque es estable hasta 250 ºC.STMNANOFABRICACIÓN

PUESTA DE SOL EN UNA SABANA DE ARNElena López ElviraUniversidad de Murcia (España)

Imagen que representa una puesta de sol en una“sabana” de ácido ribonucleico (ARN) obtenida combi-nando dos imágenes AFM. La primera imagen ha sidoobtenida mediante litografía de oxidación local sobreun sustrato de silicio y representa una jirafa aproxi-mándose a un árbol mientras el sol se pone en unhorizonte donde flotan algunas nubes. La segundaimagen representa tanto la vegetación como la piel dela jirafa y se corresponde con un conjunto de islas deARN sobre grafito.AFMNANOLITOGRAFÍA, NANOFABRICACIÓN

CRÁTER EN ZAFIRO OBTENIDO MEDIANTEABLACIÓN LASERScott MacLarenUniversidad de Illinois en Urbana-Champaign (EstadosUnidos)

Cráter producido en un substrato de zafiro mediante elimpacto de un pulso de un láser de femtosegundo.Los escalones de la superficie tienen 0,3 nm de altura.AFMNANOLITOGRAFÍA, NANOFABRICACIÓN

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ESTRUCTURAS MACROPOROSAS DE ADNYujie MaUniversidad de Twente (Holanda)

La imagen muestra una arquitectura macroporosa for-mada por el autoensamblado de cadenas de ácidodesoxirribonucleico (ADN) y poli-cationes depoli(ferrocenilsilano) (PFS). En este sistema, las car-gas negativas de las cadenas de ADN se utilizan paraestabilizar las unidades de PFS que están cargadaspositivamente. En la figura, los poros mayores tienentamaños de 300-350 nm. Este tipo de fabricación“bottom-up” permite diseñar estructuras macroporosas3D que exhiben bio-compatibilidad (por la presenciade ADN) y fuerte actividad redox (por la presencia dePFS). Estos materiales tienen potencial aplicacióncomo moldes de nuevos materiales y para liberacióncontrolada de fármacos.AFMNANOFABRICACIÓN, NANOMEDICINA

NEVADAViatcheslav GruzdevInstituto Leibniz de Investigación en Polímeros(Alemania)

Imagen de una lámina de PGMA/PS donde se obser-va separación de fases entre poliestireno (PS) ypoli(glicidilmetacrilato) (PGMA). La soluciónPGMA/PS fue depositada mediante “spincoating”(recubrimiento rotacional) sobre una oblea de silicio.Debido a que ambos polímeros son inmiscibles, lalámina de PGMA/PS sufre de forma espontánea unaseparación de fases apareciendo islas de PGMArodeadas de una red de PS.AFMNANOESTRUCTURAS, NANOFABRICACIÓN

C60 ATRAPADO EN UNA RED NANOPOROSAMeike StöhrUniversidad de Basilea (Suiza)

La imagen obtenida por STM (13 nm x 13 nm) mues-tra dímeros y trímeros de moléculas de C60 atrapadasen una estructura porosa de tipo panal fabricada conun derivado del perileno (DPDI). La red se formamediante deshidrogenación térmica de DPDI en unasuperficie (111) de cobre. La estructura regular pre-senta gran estabilidad térmica (por encima de los300ºC). Los agujeros hexagonales de dicha red pro-porcionan sitios donde depositar y fijar otras molécu-las.STMNANOFABRICACIÓN, NANOESTRUCTURAS,FULLERENOS

PUESTA DE SOL DE CARAMELOOliver HekeleUniversidad Tecnológica de Viena (Austria)

Esta imagen adquirida mediante técnicas de AFMmuestra un estructura hecha con azúcar. El objetivoinicial de la investigación era observar un virus de tipobacteriófago que suele encontrarse en nutrientes quecontienen azúcar. La muestra fue deshidratada duran-te unos pocos minutos permitiendo la cristalización delazúcar y la aparición de una estructura ramificada. Elpunto amarillento de la imagen corresponde a unaestructura contaminante de origen desconocido.AFMNANOESTRUCTURAS, NANOBIOLOGÍA

NANOTREBOLLorena Welte HidalgoUniversidad Autónoma de Madrid (España)

La microscopía AFM se ha convertido en una herra-mienta muy eficiente para observar moléculas deposi-tadas sobre superficies y los cambios posteriores indu-cidos por factores externos (mecánicos, ópticos, eléc-tricos, etc.). La imagen muestra fibras obtenidas tras eltratamiento con ultrasonidos de un cluster (pequeñoaglomerado atómico) de bismuto de 2 nm de alto.AFMNANOESTRUCTURAS

NANOPALOMASClaudia HaenschUniversidad de Nanotecnología de Eindhoven(Holanda)

Imagen de fricción de una monocapa de exadecilo queha sido estampado sobre una superficie de siliciomediante técnicas de electro-oxidación. Como plantillase ha utilizado un motivo extraído de una obra de M.CEscher. Para lograr contraste en la fricción se aplicalocalmente un voltaje a una monocapa de alquilatosinicialmente depositada en silicio, transformando losgrupos terminales metilo en grupos de tipo ácido car-boxílico. Las herramientas SPM pueden caracterizar lafricción a escala local, lo que les confiere gran utilidadpara el estudio de materiales de utilidad industrial.AFMNANOFABRICACIÓN, FRICCIÓN

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ERITROCITO BAJO TENSIÓNJoão FernandesEscuela Superior de Biotecnología (Portugal)

Estructura de un glóbulo rojo humano (eritrocito) trasser incubado en una solución que contenía cito-oligo-sacáridos. La superficie de la célula está recubierta decito-oligosacáridos y de grandes cantidades de clus-ters (agrupamientos de moléculas) no observadoshabitualmente, y con posible origen proteico (hemoglo-bina enlazada en la membrana celular). Alrededor dela célula aparecen varios cristales de sal mezcladoscon fragmentos de cito-oligosacárido.AFMNANOBIOLOGÍA

LOCALIZACIÓN DE ORBITALES MOLECULARESCON UN STMDaniel WegnerUniversidad de California - Berkeley (Estados Unidos)

Esta imagen de STM de 5 nm x 5 nm muestra el mapaespacial de los orbitales moleculares ocupados conmayor energía (HOMO) de moléculas de tetra-ciano-etileno (TCNE, C2(CN)4) depositadas sobre unasuperficie (100) de plata. La imagen fue obtenida a7K. Las moléculas pueden mostrar dos orientacionesdiferentes, reflejando la simetría cuadrada del substra-to. Se observan zonas nodales (de poca densidadelectrónica) sobre los enlaces dobles carbono-carbonoy sobre el triple enlace carbono-nitrógeno, indicandosu carácter no enlazante. De esta y otras considera-ciones teóricas se puede concluir que la moléculaTCNE sobre Ag (100) está cargada negativamente.STMNANOQUÍMICA, CIENCIA DE SUPERFICIES

NANOREDES DE CARBONODavid MartínezUniversidad Autónoma de Madrid (España)

Esta imagen AFM de 1 µm x 1 µm muestra cinconanotubos de carbono de una sola pared (SWCNT,“single walled carbon nanotubes”) (color rojo) que secruzan entre sí. Los nanotubos de carbono fuerondepositados sobre una superficie de óxido de silicio(en color azul). Los datos fueron tomados en condicio-nes normales de laboratorio usando microscopía defuerzas en modo dinámico.AFMNANOTUBOS DE CARBONO, NANOFABRICACIÓN,NANOELECTRÓNICA

CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE NANOTUBOS DECARBONOMiguel Ángel Fernández VindelUniversidad Autónoma de Madrid (España)

Imagen que muestra un paisaje de nanotubos de car-bono de una sola pared (SWCNT) depositados sobresilicio mediante la técnica de deposición química enfase vapor (CVD). Estos nanotubos pueden ser nano-manipulados y transportados a otra superficie (como,por ejemplo, grafito del tipo HOPG) sin sufrir cambiosapreciables en sus propiedades.AFMNANOTUBOS DE CARBONO, NANOMANIPULACIÓN

ADN SUPERENROLLADO DE FORMA TOROIDALJozef AdamcikEscuela Politécnica Federal de Lausana - EPFL(Suiza)

Imagen AFM de la doble hélice de ácido desoxirribo-nucleico (ADN) super-enrollada en presencia de dau-norubicina, una antraciclina ampliamente usada en eltratamiento contra el cáncer. Se pueden observarmoléculas de ADN superenrolladas tanto formandoestructuras toroidales como plectonémicas (en las queuna molécula se enrolla alrededor de otra).AFMNANOBIOLOGÍA

FANTASÍARodrigo González PrietoUniversidad Autónoma de Madrid (España)

Los polímeros MMX son un tipo de polímeros de coor-dinación formados por subunidades dimetálicas enla-zadas mediante haluros (Cl, Br, o I). Este tipo de com-puestos es muy atractivo debido a sus propiedadesfísico-químicas (magnetismo, conducción eléctrica,etc). En el caso que aquí se muestra, los especíme-nes de MMX fueron depositados sobre una superficiede grafito pirolítico altamente orientado (HPOG). En laimagen se muestra como las cadenas de polímero sesuperponen dando lugar a una topografía bastantepeculiar.AFMNANOPOLÍMEROS, NANOMATERIALES

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REDES DE NANOPARTÍCULAS DE ORO AUTOEN-SAMBLADAS SOBRE DE SILICIOAdam SweetmanUniversidad de Nottingham (Reino Unido)

La imagen muestra una malla de nanopartículas deoro recubiertas de tioles sobre una superficie de silicio.Mediante técnicas de litografía se pueden determinarlas regiones en las que donde más o menos partículasde oro se depositan sobre la superficie (una regióntriangular en este caso), dando lugar a diferentestamaños de las oquedades que aparecen en la red.AFMNANOPARTÍCULAS, AUTOENSAMBLADO,NANOLITOGRAFÍA

REDES MULTIESCALA DE NANOPARTICULAS DEORO SOBRE SILICIOMathew BluntUniversidad de Nottingham (Reino Unido)

La imagen muestra una malla de nanopartículas deoro cuya superficie se ha recubierto con moléculas detioles. La malla se ha formado sobre una superficie desilicio recubierta de hidrógeno. Las redes formadaspresentan muchas escalas, mostrando similitud conotras estructuras que se dan en la naturaleza.AFMNANOPARTÍCULAS, AUTOENSAMBLADO,NANOLITOGRAFÍA

ALGAS MAGNÉTICASAlexei TemiryazevInstituto de Radioingeniería y Electrónica (Rusia)

Imagen MFM de una película de granate de itrio hierro(YIG) mostrando suaves variaciones de los paráme-tros magnéticos a lo largo del espesor de la película.Las estructuras observadas se asocian con distorsio-nes de los dominios magnéticos originadas por la pre-sencia de la superficie. Estos materiales son muy inte-resantes para desarrollar una nueva tecnología deprocesado de señales en el rango de las microondas.MFMNANOMAGNETISMO

FLUJO DE INFORMACIÓNHans U. DanzebrinkInstituto Nacional de Técnicas Físicas - PTB(Alemania)

Imagen AFM (15 µm x 15 µm) mostrando la topogra-fía de dos pistas de un circuito integrado.AFMNANOELECTRÓNICA, METROLOGÍA

AUTOENSAMBLADO COLOIDAL DE DOS COMPO-NENTESSaju PillaiUniversidad de Aarhus (Dinamarca)

Imagen tridimensional de AFM de la topografía de unpatrón formado por un sistema coloidal de dos compo-nentes: nanopartículas de poliestireno (PS) de 60 nmy 350 nm (con una relación de concentraciones 50:1).La superficie utilizada es un cubre-muestras de vidriomodificado con octadecil triclorosilano (OTS) que leconfiere al sustrato un carácter hidrofóbico.AFMNANOPARTÍCULAS, AUTOENSAMBLADO

FLORES MAGNÉTICASMarina TemiryazevaInstituto de Radioingeniería y Electrónica (Rusia)

Imagen MFM de una película de granate de itrio hierro(YIG) mostrando suaves variaciones de los paráme-tros magnéticos a lo largo del espesor de la película.Las estructuras observadas se asocian con distorsio-nes de los dominios magnéticos originadas por la pre-sencia de la superficie. Estos materiales son muy inte-resantes para desarrollar una nueva tecnología deprocesado de señales en el rango de las microondas.MFMNANOMAGNETISMO

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EMISIÓN DE CARGA DESDE UN NANOTUBO DECARBONOMariusz ZdrojekUniversidad de Tecnología de Varsovia (Polonia)

Imagen obtenida usando Microscopía de FuerzasElectrostáticas (EFM) de un nanotubo de carbono de18 nm de diámetro tras un experimento de inyecciónde electrones. Dicho nanotubo de carbono está forma-do por múltiples capas (MWCNT, “múltiple wall carbonnanotube). El halo brillante que se observa en el extre-mo del nanotubo se debe a la emisión de cargasdesde la terminación del nanotubo. La región ya des-cargada del nanotubo aparece como una región oscu-ra.OTRASNANOTUBOS DE CARBONO, NANOELECTRÓNICA

CARAMELONora González LakunzaUniversidad del País Vasco (España)

Imagen que muestra la densidad electrónica de unamolécula de benzodiguanamina (BDG) adsorbidasobre una superficie (111) de oro. Dicha densidad fuecalculada teóricamente usando la Teoría deFuncionales de la Densidad (DFT). La imagen teóricaSTM muestra una estructura característica en formade caramelo similar a la observada en los experimen-tos.SIMULACIÓNTEORÍA, CIENCIA DE SUPERFICIES

BOSQUE CUÁNTICOThorsten DziombaInstituto Nacional de Técnicas Físicas - PTB(Alemania)

Esta imagen muestra una distribución de puntos cuán-ticos de siliciuro de germanio (GeSi) crecidos sobre unsustrato de silicio. El diámetro típico de cada puntocuántico es de aproximadamente 70 nm, mientrasque su altura es de unos 15 nm.AFMNANOFABRICACIÓN, NANOELECTRÓNICA

MOLÉCULA DEPOSITADA SOBRE UNA MONOCA-PA AUTOENSAMBLADARalf Thomas WeitzInstituto Max Planck de Investigación en Estado Sólido(Alemania)

Esta imagen muestra islas de moléculas orgánicas(diimidas carboxílicas) que se utilizan para fabricartransistores de capa delgada de material orgánico.Dichos transistores están basados en efecto campomulticanal. La molécula usada es una diimida queposee un extremo funcionalizado. Las moléculas sondepositadas en vacío sobre un substrato previamentefuncionalizado que se mantuvo a 140 ºC durante elproceso de deposición, de forma que las moléculastienen gran movilidad y forman islas. Los escalonesmoleculares que se disciernen en la imagen tienenunos 2 nm de altura.AFMAUTOENSAMBLADO, NANOFABRICACIÓN,NANOELECTRÓNICA

FULLERENOJens HauschildUniversidad Libre de Berlín (Alemania)

Imagen de AFM que muestra un dibujo de un fullerenorealizado sobre silicio mediante técnicas de oxidaciónlocal anódica.AFMNANOFABRICACIÓN, LITOGRAFÍA

MONTAÑAS DE COLÁGENOClaudio CanaleUniversidad de Génova (Italia)

Imagen topográfica obtenida mediante AFM de fibrillasamiloides de ß2-microglobulina que emergen de unafibra de colágeno. El material fue obtenido de la cabe-za del fémur de un paciente de diálisis afectado poramiloidosis. La amiloidosis es una enfermedad en laque la amiloide, una proteína que normalmente noestá presente en el cuerpo, se acumula en varios teji-dos.AFMNANOBIOTECNOLOGÍA, NANOMEDICINA

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SUEÑOS ELECTRÓNICOS MICROBIANOSAbraham EsteveInstituto Nacional de Técnica Aeroespacial - INTA(Madrid)

Imagen AFM de 6 µm x 6 µm obtenida en modo “tap-ping” de una bacteria Geobacter Sulfurreducens ubica-da sobre una superficie de grafito. El géneroGeobacter está formado por especies que poseen res-piración bacteriana anaeróbica y que son capaces deoxidar compuestos orgánicos y metales, usando óxidode hierro u otros metales de su entorno como acepto-res de electrones. En combinación con los electrodosde grafito, las bacterias Geobacter podrían actuarcomo una batería natural.AFMNANOBIOLOGÍA, NANOELECTÓNICA, ENERGÍA

CIANOBACTERIASimon ConnellUniversidad de Leeds (Reino Unido)

Imagen de una cianobacteria, la Anabaena Flos-Aquae, depositada sobre una placa de vidrio. La ima-gen tiene un tamaño de 15 µm x 15 µm y una escalaescala vertical (eje z) de 2 µm. La imagen combinatanto los datos de topografía como los de fase,demostrando la versatilidad de la técnica AFM.AFMNANOBIOLOGÍA

DENDRITAS AUTOENSAMBLADAS DE ÓXIDO DEPOLIETILENOGraziano MagnanoUniversidad de Nottingham (Reino Unido)

Esta imagen AFM muestra una cadena larga de óxidode polietileno (PEO) directamente depositada sobreun substrato de silicio usando la técnica de ionizaciónmediante “electrospray” en condiciones de alto vacío.La cadena de PEO forma estructuras dendríticas simi-lares a las que forma en invierno la escarcha sobre lasventanas. Esta imagen sirve para ilustrar las ventajasde la técnica de electrospray para depositar moléculasen superficies.AFMNANOFABRICACIÓN

ISLAS DE MOLÉCULAS DE PORFIRINA SOBRE UNMAR DE ELECTRONESWilli AuwarterUniversidad Técnica de Munich - TUM (Alemania)

Esta imagen STM muestra islas creadas a partir demoléculas autoensambladas de porfirina. La granresolución alcanzada permite identificar incluso losgrupos terminales (cuatro protuberancias) de estasmoléculas funcionales. Además, la interacción deestas islas moleculares con la superficie da lugar a unpatrón de interferencia de carácter ondulatorio origina-do por los electrones ligados a la superficie.Nuevamente estamos ante la visualización de un efec-to puramente cuántico.STMAUTOENSAMBLADO, NANOQUÍMICA, CIENCIA DESUPERFICIES

FUNCIONES DE ONDA DE ACEPTORES EN ARSE-NIURO DE GALIOJean-Christophe GirardCNRS (Francia)

Esta imagen STM muestra una superficie (110) dearseniuro de galio (GaAs) crecida mediante técnicasde epitaxia de haces moleculares (MBE). La imagense ha obtenido en condiciones de ultra-alto vacío(UHV) a una temperatura de 77K. La estructura trian-gular corresponde a la presencia de berilio mientrasque la estructura con forma de “pajarita” está asociadaal manganeso. Ambos elementos se usan comodopantes y confieren al material interesantes propieda-des como semiconductor magnético.STMNANOMAGNETISMO, NANOELECTRÓNICA

UNA PLAYA EN LA NANOESCALAIñaki SilanesDonostia International Physics Centre - DIPC (España)

Imagen que muestra una monocapa autoensambladade moléculas de benzodiguanamina (BDG) (regiónsuperior) al borde de una terraza de la superficie (111)del oro (región inferior azulada). Las arenas de BDGson bañadas por el sol, mientras que el mar azulondulante nos invita a nadar.STMAUTOENSAMBLADO, CIENCIA DE SUPERFICIES

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JURADO INTERNACIONAL DEL CONCURSO SPMAGE07

Sección científica

Ron Reinferberger, Purdue University (EE.UU.)Klaus Kern, Max Planck Institute (Alemania)Miquel Salmerón, Lawrence Berkeley National Lab. (EE.UU.)Jacques Miltat, CNRS-Université Paris-sud (Francia)Oscar Custance, Osaka University (Japón)Arturo M. Baró, CSIC (España)

Sección artística y divulgativa

Lola Gil, Universidad Complutense de Madrid (España)Malén Ruiz de Elvira, El País (España)Ricardo Rodríguez Vita, CosmoCaixa Madrid (España)



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COMITÉ ASESOR CIENTÍFICO DE PRESELECCIÓN

José I. Arnaudas. UNIZAR (España)Esther Barrena. Max Planck Institute (Alemania)Iván Brihuega. Max Planck Institute (Alemania)Jaime Colchero Paetz. UM (España)Mª Teresa Cuberes. UCLM (España)Juan de la Figuera. UAM (España)Pedro J. de Pablo. UAM (España)Adriana Gil. Nanotec SL (España)Cristina Gómez Navarro, Max Planck Institute (Alemania)Mónica Luna. CSIC-CNM-IMM (España)José Ángel Martín Gago. CSIC-ICMM (España)José Miguel Martín. CSIC-CNM-IMM (España)Javier Méndez. CSIC-ICMM (España)Fernando Moreno. CSIC-CNM-IMM (España)

José I. Pascual. Freie Universität Berlin (Alemania)Francesc Pérez Murano. CSIC-CNM-IMB (España)Carmen Ocal. CSIC-ICMAB (España)José Ortega. UAM (España)Rubén Pérez. UAM (España)Celia Polop. UAM (España)Oscar Rodríguez. UCM (España)José Gabriel Rodrigo. UAM (España)Celia Rogero. INTA (España)Juan J. Sáenz. UAM (España)Álvaro Sao Paulo. CSIC-CNM-IMM (España)Amadeo Vázquez de Parga. UAM (España)Félix Zámora. UAM (España)



ENTIDADES PATROCINADORAS DEL CONCURSO SPMAGE07Universidad Autónoma de MadridUniversidad Complutense de MadridConsejo Superior de Investigaciones CientíficasNanotec S.L. Sociedad Española de MicroscopíaComunidad Autónoma de Madrid; Programa de I+D NanoObjetos-CM (S-0505/MAT-0303)Ministerio de Educación y Ciencia; Proyecto Microscopía de Fuerzas Atómicas y Nanosistemas (NAN2004-09183-C10)

ENTIDADES ORGANIZADORAS DE LA EXPOSICIÓN “UN VISTAZO AL NANOMUNDO”Exmo. Ayto. de MóstolesVI Muestra de Arte Electrónico de Móstoles (MAEM)Universidad Rey Juan Carlos

ENTIDADES PATROCINADORAS DE LA EXPOSICIÓN “UN VISTAZO AL NANOMUNDO”Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECyT)Consejo Superior de Investigaciones CientíficasComunidad Autónoma de MadridUniversidad Autónoma de Madrid

Edición del catálogoD. Fernando Hernández Cuadra, UAM

Las imágenes de la introducción son cortesía de Agustina Asenjo Barahona, CSIC



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portada_spmage07.qxp 25/10/2007 9:51 PÆgina 4

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Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC - UN ...Se dice que trabajamos en la nanoescala cuando los tamaños típicos de los objetos que se estudian o fabrican son inferiores