Els microxips de sílice biogènica que espera la nova generació d’ordinadors

L’any 2001, en una campanya oceanogràfica a Hawaii, es va descobrir una extensa població d’una esponja marina (científicament coneguda com Sericilophus hawaiicus) que s’estén entre els 350 i 450 metres de profunditat. En aquest rang de profunditats un equip internacional (USA, Canadà i Espanya) va estar realitzant diversos treballs d’experimentació en viu emprant un submarí oceanogràfic (PISCES V) de la Universitat de Hawaii.

Entre els membres de l’equip, el Dr. Manuel Maldonado del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC), va recollir mostres de les esponges que hi vivien per a futures investigacions sobre les propietats de l’esquelet d’aquestes esponges, que està elaborat amb sílice ( exactament el mateix material que el vidre de les finestres).

Mentre que en la majoria de les esponges les peces esquelètiques (que es denominen espícules) mesuren entre unes poques micres i 1 mm, en aquesta esponja de les profunditats algunes de les peces de l’esquelet de sílice eren gegants, mesurant fins a 50 cm de longitud.

Des de l’antiguitat, es coneix que el vidre (és a dir, la sílice) té la capacitat per transmetre la llum. No obstant això, quan es van analitzar en detall les propietats de transmissió de llum de les espícules gegants, els resultats van ser sorprenents. Les espícules funcionaven com a fibra òptica extraordinàriament eficient: no només transmetien la llum sense pèrdua d’energia, sinó que durant el pas de la llum per l’interior de l’espícula es generava llum nova, caracteritzada per una longitud d’ona diferent de la llum que havia entrat inicialment en ella.

Foto maldonado 1

Aquesta propietat es coneix en òptica com “capacitat de generació d’un supercontinu en la transmissió de llum”. És a dir, les espícules d’aquestes esponges no només transmeten pel seu interior tota la llum que reben sense incórrer en pèrdues apreciables, sinó que a més amplien l’espectre de longitud d’ona de la llum que han rebut, projectant en l’altre extrem llum amb un espectre ampliat.

Encara no es coneix bé en detall les característiques ultraestructurals de les espícules que són responsables d’aquestes interessants propietats òptiques, però hi ha gran interès en avançar en la compressió del fenomen per poder incorporar aquestes propietats a les fibres òptiques actuals i fer-les més eficients.

Dues de les característiques en què l’equip de recerca treballa són les hipòtesi que la sílice d’esponges és isotòpicament més pura que la de les fibres òptiques i que, al contrari que aquesta, està imbricada a nivell nanoestructural amb materials orgànics (quitina) que s’organitzen amb una microestructura interna que afavoreix la generació del superconitnu.

Biophotonics: Bright sponges, Gaia Donati, Nature Photonics 10, 625 (2016) doi:10.1038/nphoton.2016.199 Published online 29 September 2016 http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n10/full/nphoton.2016.199.html

Hermann Ehrlich, Manuel Maldonado, Andrew R. Parker, Yuri N. lchin, Jörg Schilling, Benjamin Köhler, Ulrich Skrzypczak, Paul Simon, Henry M. Reiswig, Mikhail V. Tsurkan, Eike Brunner, Sergey S. Voznesenskiy, Alexander V. Bezverbny, Sergey S. Golik, Ivan G. Nagorny, Denis V. Vyalikh, Anna A. Makarova, Serguei L. Molodtsov, Kurt Kummer, Michael Mertig, Christiane Erler, Denis V. Kurek, Vasilii V. Bazhenov, Filipe Natalio, Alexander E. Kovalev, Stanislav N. Gorb, Allison L. Stelling, Johannes Heitmann, René Born, Dirk C. Meyer, Konstantin R. Tabachnick. Supercontinuum generation in naturally occurring glass sponges spicules. Advanced Optical Materials, (2016) 4, 10: 1608-1613, http://hdl.handle.net/10261/137711