Popularmente sobre la ciencia. Hagamos un poco de química. Parte 1

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Los aficionados a la ciencia, especialmente a la química, conocen bien el nombre de Artyom Oganov. Y los que apenas comienzan a interesarse por esta materia sentirán curiosidad por conocer al mundialmente famoso químico ruso. El famoso cristalógrafo, profesor, catedrático de la Academia Rusa de Ciencias y miembro de la prestigiosa Academia Europea, es conocido por crear métodos únicos de diseño informático de nuevos materiales y predecir estructuras cristalinas, estudiando estados de sustancias a altas presiones. El programa informático USPEX desarrollado bajo su dirección ha sido utilizado por miles de investigadores de todo el mundo. Docenas de sus predicciones ya han sido verificadas experimentalmente y han tenido un gran impacto en los conocimientos fundamentales de la ciencia de los materiales, la física, la química y las ciencias de la tierra.

Hablamos con el reputado científico sobre dónde empieza una carrera de éxito, cómo se hace la ciencia, qué cualidades debe tener un científico para triunfar y mucho más. Esperamos que estos intercambios de opiniones tan interesantes y sinceros sobre diferentes aspectos de la ciencia refuercen el deseo de alguien de dedicar su vida a la investigación en Rusia.

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Una breve biografía

Tras graduarse con éxito en el Departamento de Geología de la Universidad Estatal de Moscú en la Especialidad de Cristalografía y Cristaloquímica, a los 23 años Artem Oganov partió con una beca para estudiar en Occidente. Defendió su tesis doctoral en el University College de Londres y luego se doctoró en el Instituto Politécnico de Zúrich (Doctorado en Física y Matemáticas en Rusia). En 2008 se convirtió en profesor asociado y en 2010 en catedrático de la Universidad de Stonybrook, en Nueva York.

En 2013 el científico ganó dos megabecas -en Rusia y China- y en 2014 se trasladó a Rusia, convirtiéndose en profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo. Desde el año 2020 es también profesor en la Universidad Nacional de Investigación Tecnológica "MISiS", y a partir de 2021 es el jefe del Laboratorio de Cristaloquímica del Instituto de Geoquímica y Química Analítica N.I. Vernadskiy.

Entre los numerosos premios y reconocimientos de Artem Oganov se encuentra el Premio a la Amistad del Gobierno de China. En 2015 fue elegido profesor de la Academia Rusa de Ciencias, a partir de 2017 - miembro de la Academia Europea, en 2020 - elegido miembro de la Royal Society of Chemistry y de la American Physical Society. Ha formado a 16 candidatos a doctores y 1 doctor en ciencias.

Oganov se convirtió en el galardonado más joven del premio internacional "Concordia", que concede la organización pública rusa "Unión de Armenios de Rusia" con el apoyo del Gobierno de Rusia

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Un gran sueño

- Soñaba con ser científico desde muy joven, desde los 4 años. Me fascinó un libro de divulgación científica que había en la biblioteca de mi casa. Mi hermano y yo aprendimos a leer pronto, nos encantaba hojear los libros, leerlos, mirarlos. Teníamos todo tipo de libros. Mamá nos introdujo en todo tipo de cosas -poesía, pintura, historia y ciencias- para entender para qué éramos aptos, qué nos atraía, para ayudarnos luego a ir hacia nuestros sueños. El libro de química me fascinó no sólo por las imágenes, sino también por el texto magníficamente escrito. Había descripciones de los elementos químicos, cómo se dan en la naturaleza, cómo se comportan y qué propiedades tienen.

Así fue como me interesé por la química a una edad muy temprana y durante toda mi vida nunca me vi como algo distinto a un científico. Pronto ya leía la revista "Química y Vida" y otros libros, y a los 6 u 8 años asistía a conferencias de química en el Museo Politécnico y en el Instituto Mendeléyev.

Creo que esta es la forma más correcta y universal de introducir al niño en el conocimiento. Iluminarle, hacer que se interese por leer libros, ir a conferencias, hacer que la vida sea interesante en general.

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El poder de adivinar: ¿es magia o ciencia?

– La predicción es una de las funciones de la ciencia. La ciencia debe generalizar, explicar y predecir. Por eso toda disciplina científica bien desarrollada tiene una herramienta de predicción.

En la cristalografía, este aparato de predicción no estaba bien desarrollado hasta hace poco. Se pensaba que la predicción de las estructuras cristalinas era imposible y que la tarea no tenía solución.

Al mismo tiempo, si se conoce la estructura, desde hace tiempo es posible calcular una enorme lista de propiedades con sofisticados métodos de mecánica cuántica. Pero, repito, esto sólo puede hacerse si se conoce la estructura. Pero la predicción de la propia estructura se consideraba fundamentalmente imposible.

Si hablamos de Rusia, la ciencia computacional aquí, hasta hace poco, sufría mucho por la falta de superordenadores. La razón es clara: la enmienda Jackson-Vanik de la legislación estadounidense, que prohibió durante muchos años la venta de superordenadores a la URSS, y luego a Rusia. Tanto en la última etapa de la Unión Soviética como en los primeros años de la Rusia postsoviética, hubo una gran escasez de recursos de supercomputación para los científicos rusos. Más tarde se suprimió esta enmienda y desaparecieron muchos problemas. En los últimos 10-15 años ha surgido en Rusia toda una saga de científicos que trabajan a nivel internacional en este campo.

Pero volveré al principio de mi explicación. Mientras que la predicción de las propiedades a partir de una estructura determinada suele estar bien resuelta para la mayoría de las propiedades, la predicción de la estructura se consideraba imposible.

Pero demostré que la estructura también se podía predecir, cuando en 2005 con un estudiante mío desarrollé y en 2006 publiqué un método para resolver este problema. Ahora podemos predecir la estructura a partir de una composición determinada. Usted especifica una fórmula química y mi software predice la estructura, a partir de la cual puede calcular una enorme lista de propiedades. Sin ni siquiera sostener la sustancia en la mano, podrá caracterizarla.

Luego desarrollé este método más a fondo. Además, ya no es necesario especificar una fórmula química: basta con decir qué elementos le interesan y las condiciones (presión, temperatura). Y en estas condiciones, el programa buscará todos los compuestos estables de estos elementos. Se puede decir condicionalmente que los métodos de predicción de estructuras cristalinas creados por mí han llevado la cristalografía teórica y el diseño de materiales a un nivel verdaderamente predictivo y cualitativamente nuevo.

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¿Y cuáles son los beneficios?

- Incluso en condiciones normales, no se conocen todos los compuestos: los científicos descubren constantemente otros nuevos. Seleccionar todas las combinaciones posibles de todos los elementos y encontrar experimentalmente todos los compuestos estables es una tarea extremadamente costosa. Las tareas de probar todos estos compuestos, encontrar los mejores materiales para diferentes fines -por ejemplo, el material más duro, el más fuerte o el más magnético, el mejor material para la tecnología láser, etc.- son difícilmente solucionables.

Podemos utilizar el ordenador para predecir el compuesto con las mejores propiedades (entre todos los compuestos conocidos y aún desconocidos) para algún propósito específico. Por ejemplo, ¿qué material es el más duro de todos los posibles compuestos descubiertos y por descubrir? Podemos "hacer" esa pregunta a un ordenador y nos dirá, que no encontrará nada más duro que el diamante. Al menos entre las sustancias cristalinas. Pero además del diamante, predecirá muchos otros compuestos que también serán muy duros, incluidos los que aún no han sido creados por el ser humano. El ordenador los predice, luego el hombre va al laboratorio y los sintetiza.

Así pues, lo primero que se pretende es crear nuevos materiales con propiedades que batan récords. Porque es muy costoso seleccionar todo experimentalmente, hacer un largo trabajo de síntesis y luego hacer las mediciones de las propiedades.

Y en segundo lugar, podemos estudiar la sustancia en condiciones en las que los experimentos en general están apenas al borde de lo posible. Por ejemplo, es muy difícil hacer experimentos a altas presiones. Y las altas presiones ocultan muchos fenómenos químicos nuevos, no del todo comprendidos, que son muy importantes de entender, porque la mayor parte de la materia de nuestro planeta, y de otros planetas, está a altas presiones. Nunca entenderemos lo que ocurre en nuestra Tierra, cómo evoluciona, cómo se organiza y qué procesos ocurren en ella hasta que comprendamos las propiedades y el comportamiento de las sustancias a altas presiones y temperaturas características de nuestro planeta.

Además, hay otras situaciones complejas en las que es difícil realizar un experimento a día de hoy. Y la teoría podría explicar, aclarar y predecir muchas cosas. Por ejemplo, la estructura y las propiedades de los cristales y los límites intergranulares. En este caso, es extremadamente difícil realizar experimentos con nanopartículas y superficies. Los experimentos no siempre dan información completa, y nuestros métodos nos permiten caracterizar adecuadamente esos estados de la materia.

10.09.2021

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