Entrevista a Fernando Ponce, profesor de la Arizona State University

Entrevistador: Modesto Montoya, un compañero de estudios en la UNI

¿Con que ideas viajaste a Estados Unidos?

Como muchos estudiantes universitarios a principios de la década de 1970, sentí la responsabilidad de hacer algo por el desarrollo científico y tecnológico de nuestro Perú. En la UNI tuvimos profesores de origen extranjero que compartieron con nosotros sus ideas y experiencias vividas en otros países hermanos latinoamericanos. Al terminar mis estudios en la UNI, viajé para estudiar en la Universidad de Maryland, que está estratégicamente localizada en la zona metropolitana de Washington D.C. Su departamento de física es quizás el más grande en EE.UU., debido en gran parte a la presencia de muchos institutos científicos gubernamentales tanto civiles como militares en la vecindad de la capital de ese país. Inicialmente, no tenía idea de cómo podría llegar a ser útil en el Perú. Traté varios campos de moda, eventualmente llegué al área de física de la materia condensada.

En muchas ocasiones volví al Perú para buscar orientación para mis estudios. Fue evidente que la minería y metalurgia jugaban entonces (y en la actualidad) un rol importante en la economía nacional, pero la industria era sumamente dependiente de tecnología proveniente del exterior y no se pensaba en invertir en desarrollo tecnológico en el Perú. Una posibilidad para mí fue de estudiar ingeniería nuclear para regresar a trabajar en el IPEN. Y ese fue un sueño muy atractivo que no se hizo realidad.

Cambiaste de rumbo…

En esa época ocurrió la primera crisis petrolera, y el mundo se dio cuenta de la importancia de métodos renovables de producción energética. En la Universidad de Stanford se hacía investigación en el área de celdas solares que me pareció interesante. Empecé allí, haciendo mis propias celdas, que básicamente consisten de un diodo producido al juntar dos materiales, que cuando se le expone al sol, la luz es absorbida produciendo portadores de carga positiva y negativa, y la juntura los separa para establecer una diferencia de potencial. Ese es el principio del efecto fotovoltaico.

¿Cuál era la naturaleza de estas junturas?

Resulta que poco se sabía sobre esto. En esa época no se conocía la forma en que los átomos se arreglaban en el plano de juntura de dos materiales distintos. En 77 salió en Physics Today un artículo sobre el trabajo del Prof. John Cowley en la Arizona State University, que describía cómo producir imágenes de la estructura cristalina de materiales con resolución casi al nivel atómico. Ese artículo dejo una impresión profunda en mí y hasta me hizo pensar que se podría ver el arreglo atómico de manera casi rutinaria!

Entonces propuse a mi profesor en Stanford estudiar las celdas solares con microscopía electrónica con una resolución a nivel atómico, esto sin haber yo tenido entrenamiento en ese campo. Lo que yo no sabía es que nadie había tenido éxito en preparar una muestra de una juntura en la cuál los dos materiales eran distintos.

Preparar una muestra es un paso crítico para la microscopia electrónica de transmisión. Uno debe adelgazar el material hasta un espesor de menos de 10 nm, es decir la lámina debe tener un espesor de unas cuantas decenas de capas atómicas. Y para ver el plano de la juntura, se debe producir una sección transversal.

Una lámina en la cuál están los dos semiconductores….

Así es. Se hace una tajada transversal para ver con los electrones cómo los átomos de un material se enlazan a otros de un material diferente.

¿Cuán delgada es?

Para poder lograr resolución atómica, la muestra debe de ser de unos 50 átomos de espesor. Después se tiene que alinear los átomos, en la dirección en la cuál se los pueda ver.

Un gran desafío.

Me pasé un año tratando de preparar mi primera muestra y me sentí la persona más frustrada del mundo.

Primero hice algo así como la máquina del dentista para perforar los dientes. Con esa máquina traté de hacer un agujerito en el material, pero no funcionó. Al adelgazarse se destruía toda la muestra.

Después traté de hacer algo similar a una celda electroquímica. Los adelgazaba mecánicamente y luego les echaba chorros electrolíticos. El problema era que la diferencia de materiales generaba que uno de ellos sea más atacado que el otro. Esto se llama protección catódica, como lo que se hace en los puentes, donde se le conecta a un material diferente en contacto con el agua; la corrosión de este protege la estructura del puente.

En un año y medio logré una buena muestra. La hice con una ruedita en contacto con pasta de diamante. Primero removía parte del material y el resto lo hacía con bombardeo iónico.

En tanto intento, seguro que hacías algunos descubrimientos…

En 79 empiezo a publicar los resultados. Al principio no se veía la interfase pero sí con mucha claridad las dislocaciones y otras fallas cristalinas. Llegamos a ver la superficie del material con mucha claridad, y hasta a notar cómo los átomos migran y se arreglan en tiempo real. Los átomos expuestos a los electrones en el microscopio eran excitados, y se les veía saltar.

Todo eso está muy relacionado con la microelectrónica…

En esa época se aprendía a hacer dispositivos electrónicos cada más pequeños. A un kilómetro de mi laboratorio de Stanford estaban los laboratorios de Hewlett Packard, donde se producían los primeros circuitos integrados. Hewlett Packard empezó con las calculadoras de bolsillo, basadas en semiconductores. Se usaba la litografía y la impresión de los circuitos en forma fotográfica, de manera de poner muchos transistores en un mismo chip. En 1980, se llegó a un millón de dispositivos en un chip. Se tuvo que controlar los procesos de oxidación a escalas cada vez más pequeñas, llegándose a escalas atómicas, de unas 10 distancias interatómicas.

Todo eso hacía necesario ver la estructura atómica. En Stanford se desarrollaban las técnicas para producir esos materiales y en Japón en la construcción de microscopios para ver a esa escala. Conforme se hacía nuevos materiales se publicaba lo que se observaba.

¿En qué año fue la famosa publicación de fotos de átomos?

En el año 80 publicamos en Nature las imágenes que demostraban la primera observación de átomos que se movían, basadas en varias fotos estáticas. Un profesor de Cambridge desarrollaba entonces un sistema de televisión incorporada al microscopio. Fuimos con nuestras muestras a Cambridge e hicimos la primera película que mostraba los movimientos de los átomos en las estructuras, cómo se forman los defectos, cómo se genera las transiciones cristalinas. Esto llegó en 1981 a la carátula en esa revista, y atrajo mucho interés hacia el comportamiento dinámico de átomos en materiales.

Todo eso cuando muy rápido avanzaba la microelectrónica…

Pero también la optoelectrónica. De modo que los ingenieros que desarrollaban estas tecnologías nos consultaban mucho sobre lo que pasaba con sus materiales a nivel atómico.

¿Por qué te pasaste a Hewlett Packard?

En 1980, mientras las universidades trataban de comprar tan costosos microscopios. Hewlett Packard me compró el más avanzado. Tomamos el liderazgo en el mundo en semiconductores, en las interfaces para diodos emisores de luz, láseres para comunicación óptica (Internet), y transistores para circuitos integrados.

Estabas entonces concentradísimo en tu laboratorio sin ver el mundo…

Uno no ve el resto del mundo. En perspectiva, me asombro saber que estuve en medio de un torbellino tecnológico de gran envergadura.

Me acuerdo de discutía con la gente que trabajaba con la naciente Intel, de cómo podríamos controlar la microestructura del silicio, de modo que sea altamente eficaz para los circuitos integrados.

Con la gente de Hewlett Packard se discutía cómo producir láseres a semiconductores, para ser usados en la transferencia de la información a través de las fibras ópticas (Internet). Yo me encontraba metido en su desarrollo con unos 200 ingenieros, explicándoles lo que pasaba a nivel atómico en los materiales que ellos manejaban.

Luego te pasaste a la Xerox

En 1984, la Xerox me ofreció un puesto en su plantel científico. Me ofreció un microscopio más avanzado y la posibilidad de realizar investigación independiente. La empresas estaba interesada en construir una impresora láser pequeña. Xerox PARC inventó en la década de los setenta el sistema de ventanas, el mouse, la ethernet, lo que sería la computadora personal, entre otros, eso es historia. Yo ya había trabajado allí por tres años a los fines de los setenta.

Xerox decidió a juntar a los mejores ingenieros y científicos. Estuve con algo así como ciento cincuenta investigadores seleccionados. Estuve en un grupo cuya labor era miniaturizar la impresora láser de manera que pueda ir sobre una mesa. La impresora láser fue inventada el 73, en Xerox, y llenaba un cuarto y hacía ruido. También la primera computadora personal, llamada el Alto . Sus discos tenían un metro de diámetro, en el entraba un megabyte. Se produjo unas 2000 primeras computadoras personales que costaban como 50 000 dólares cada una.

A mí me tocó estar ahí para optimizar las impresoras láser. En esa época ya se hablaba de los pozos cuánticos en semiconductores, donde se podían juntar los huecos y los electrones, que luego se convertían en luz. Para poder comprender los pozos cuánticos era necesario poder “verlos” a nivel atómico.

Yo trabajaba en la manufactura de los láseres. Mis primeros 5 artículos científicos se refirieron a cómo producir los láseres. Esto lo hacía mientras era estudiante en Stanford en los 70. En ese entonces tenía esas dos actividades paralelas. Hacía láseres y celdas solares, pero también aprendía microscopía electrónica. Todo ocurría por accidente. Uno piensa que debe hacerse eso y avanza, es intuitivo.

¿Cuánto tiempo estuviste en la Xerox?

Pasé 17 años en la Xerox. En los 70 trabajé en los materiales infrarrojos de los primeros láseres, éstos que registran y leen los CDs. En los 80 trabajé en los láseres rojos, que permiten mayor densidad de información. Con infrarrojos se obtiene 700 megabytes, con láseres rojos se lleva a 6 gigabytes. En los 90 tuvimos que ir más allá, con láseres azules, que son los nuevos DVDs que están entrando al mercado, los Blu-Ray producidos por SONY, los que se obtienen hasta 50 gigabytes en el mismo diámetro de disco. En esta década se esta tratando de desarrollar láseres ultravioletas.

Ahora estás en la Arizona State University

Ya llevo siete años en la Arizona State University. Mi grupo de investigación se enfoca a materiales productores de luz. Estudiamos la física de iluminación por estado sólido, es decir usando semiconductores. Estamos colaborando con colegas en otras partes del mundo en el desarrollo de láseres semiconductores emitiendo en verde y ultravioleta. Este es un campo de frontera de mucha importancia tecnológica hoy.

¿Y esta carrera hacia lo pequeño tiene un límite?

Existen siempre los límites, pero encontramos formas de burlarnos de ellos. Desde el punto de vista de registro óptico, depende de la longitud de onda de la luz que produzcamos, y también del método de registro (como por ejemplo, podemos ir de dos a tres dimensiones).

Desde el punto de vista de número de transistores, ahora estamos pensando en circuitos integrados en tres dimensiones. También se habla de usar el espín, que tiene numerosas orientaciones, surgiendo la espíntrónica . Así, en lugar de tener sólo un uno o un cero , se puede tener un número infinito de posibilidades intermedias.

¿Cuál es la diferencia entre la UNI en las universidades de Estados Unidos?

La UNI es una universidad muy especial, con muy buenos profesores y un ambiente intelectual fantástico. El desafío más grande que encontré fue en poder escribir rápida y efectivamente. Mi educación anterior no me había preparado para eso. La palabra escrita es una herramienta muy poderosa. Y son pocos los llegan a un alto nivel de expresión. Y todo viene con la práctica. En Lima no nos obligaban a poner por escrito nuestros conceptos e ideas. Esa ha sido la parte más dura en mi carrera. Y también la que me dio más satisfacciones: Es un gran logro conseguir expresar pensamientos en un artículo que salga publicada en una buena revista profesional.

Hablando de cosas personales… ¿cómo conociste a tu esposa?

Con Sharon nos conocimos jugando tenis, en Maryland. De eso ya hacen 33 años!

¿Tus hijos te siguieron en la carrera?

Los padres siempre influencian las actividades de los hijos. Y generalmente enfatizamos lo que nos gusta. Nuestro énfasis estuvo en utilizar eficientemente el tiempo en el desarrollo de las capacidades intelectual, humana y ética.

Francisco, nuestro hijo mayor, estudió física en Harvard, luego ciencia de materiales en Oxford, para finalizar con neurocirugía en la Universidad de Chicago. Ahora es neurocirujano en Phoenix, Arizona, a unos kilómetros de sus papás.

Daniel, nuestro segundo hijo, estudió bioquímica, en Harvard, y luego odontología en Columbia. Está terminando su residencia con especialidad en odontología pediatra.

Tomás, el menor, estudió ingeniería mecánica en Berkeley, y su master en Stanford. Y ahora trabaja en los laboratorios de Apple Computer en Cupertino, California.

Tu les enseñabas…

Sharon y yo nos ocupamos en casa en enseñar a los chicos a pensar y a utilizar bien su tiempo. Las matemáticas fueron la base importante de su educación. La física vino como aplicación de las matemáticas para comprender el mundo real.

¿Y tu esposa no se quejó por tu concentración en la física?

Es que siempre trabajamos juntos. La familia estuvo siempre primero. Todo se puede abandonar menos la familia.

¿Tus padres?

Mi padre falleció en 1980, fue un hombre muy honesto y ético. Mi madre vive con mis hermanos en Estados Unidos.

¿Cuando vuelves al Perú?

Tan pronto como pueda, hay muchos proyectos interesantes que me atraen.

Al finalizar, quiero felicitarte por la organización del Encuentro Científico Internacional, que permite juntarnos con los estudiantes y jóvenes investigadores. Creo que es algo muy importante para el país. Que continúen estos éxitos!