This is one of three bold and innovative McMaster projects that received a total of $35 million in federal investment from the Canada Foundation for Innovation this week.
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Las tecnologías que impulsan la vida moderna, la electrónica avanzada, los vehículos eléctricos, los dispositivos médicos y los sistemas de doble uso, dependen de materiales que la mayoría de los canadienses rara vez consideran.
Níquel. Cobalto. Galio. Telurio. Antimonio.
Estos elementos críticos, junto con los semiconductores de última generación, forman la columna vertebral de la economía de innovación de Canadá. Pero asegurar ese futuro requiere más que extraer recursos o fabricar dispositivos. Requiere comprender los materiales en cada escala de longitud, desde la estructura atómica hasta el rendimiento completo del componente.
En el Centro Canadiense de Microscopía Electrónica (CCEM) de McMaster, los investigadores están haciendo precisamente eso. Y con una importante nueva subvención de la Fundación Canadiense para la Innovación (CFI), el centro está expandiendo su capacidad para transformar los descubrimientos a nanoescala en un impacto a escala nacional.
Esta semana, el CCEM recibió una subvención de la CFI de 15,5 millones de dólares para expandir sus capacidades y abordar necesidades críticas en la cadena de valor de los semiconductores y consolidar su reputación como líder mundial en microscopía avanzada.
Ver lo que otros no pueden
Dentro de las instalaciones del CCEM, los investigadores utilizan algunos de los microscopios electrónicos, iónicos y de rayos X más avanzados del mundo para sondear materiales con resoluciones medidas en fracciones de nanómetro.
Para el Director Científico Nabil Bassim, profesor de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, el trabajo consiste en fortalecer todo el ecosistema de materiales de Canadá, desde los minerales críticos hasta los semiconductores y el reciclaje sostenible.
“Esta inversión fortalece el liderazgo de Canadá en la cadena de valor de los semiconductores”, afirma Bassim. “Mejora la soberanía tecnológica y apoya la investigación internacionalmente competitiva que beneficia a nuestra economía.”
La nueva financiación de la CFI mejora la capacidad del CCEM para analizar materiales tanto en dos como en tres dimensiones, vinculando la química y la estructura a escala atómica con el comportamiento de los dispositivos del mundo real.
Comenzando en la fuente
La historia de los materiales de Canadá comienza bajo tierra.
Los minerales críticos son esenciales para la fabricación avanzada, pero la forma en que los elementos traza se distribuyen dentro de los minerales puede determinar la eficiencia con la que se pueden extraer y refinar.
En colaboración con el Museo Real de Ontario y la Universidad de Toronto, los investigadores del CCEM están caracterizando muestras de minerales de regiones geológicas ricas en elementos críticos.
Al estudiar especímenes de la colección de minerales del ROM, el equipo está examinando cómo los elementos raros como el telurio y el antimonio se segregan y combinan dentro de materiales huésped como el oro metálico.
En lugar de realizar estudios geológicos, el papel del CCEM es la caracterización de precisión, mapeando microestructuras y distribuciones de elementos traza a escala nanométrica.
“Al comprender cómo estos elementos ocurren en la naturaleza, podemos ayudar a identificar fuentes más prometedoras y mejorar las estrategias de procesamiento”, dice Bassim.
Ese conocimiento alimenta directamente la estrategia de minerales críticos de Canadá en un momento de creciente competencia global.
Impulsando la era de los semiconductores
Más allá de las materias primas, la infraestructura también apoya la investigación de semiconductores de última generación, una piedra angular de la economía digital y cuántica de Canadá.
Los semiconductores impulsan todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos. En el CCEM, los investigadores realizan imágenes de chips completos y análisis a nivel de dispositivo para estudiar cómo funcionan estos componentes y cómo fallan.
El centro también está avanzando en la investigación de materiales emergentes, incluidos los materiales bidimensionales (2D) y las plataformas diseñadas para aplicaciones cuánticas y de doble uso. Al correlacionar la estructura atómica con el rendimiento del dispositivo, los investigadores pueden diagnosticar defectos, optimizar las estrategias de fabricación y acelerar la innovación.
“Muy pocas instalaciones pueden vincular la estructura atómica directamente a la funcionalidad del dispositivo como lo hacemos nosotros”, dice Bassim. “Esa precisión abre la puerta a nuevas innovaciones canadienses.”
Apoyar la investigación de semiconductores a este nivel refuerza la posición de Canadá en toda la cadena de valor de los semiconductores, desde el descubrimiento de materiales hasta el rendimiento del dispositivo.
Cerrando el ciclo de los residuos electrónicos
Con esta nueva infraestructura, los investigadores del CCEM tienen como objetivo abordar un desafío global creciente: los residuos electrónicos.
La electrónica moderna contiene concentraciones significativas de valiosos elementos críticos. Sin embargo, cuando los dispositivos llegan al final de su vida útil, gran parte de ese material se desecha.
Los investigadores del CCEM están aplicando microscopía avanzada para comprender cómo se distribuyen los elementos críticos dentro de conjuntos electrónicos complejos. Al mapear la composición y la estructura con una resolución ultra alta, están ayudando a desarrollar estrategias de recuperación y reciclaje más eficientes.
Este enfoque de recuperación circular reduce el impacto ambiental al tiempo que fortalece las cadenas de suministro nacionales, asegurando que la estrategia de materiales de Canadá no solo sea innovadora, sino también sostenible.
Infraestructura que ha construido una reputación
El liderazgo del CCEM se basa en décadas de inversión en instrumentación de clase mundial.
El centro fue la primera instalación en Canadá en introducir la microscopía corregida por aberración, un avance que mejora drásticamente la resolución al corregir las distorsiones en las lentes de electrones. Ese paso pionero estableció su reputación científica y ayudó a atraer equipos de última generación adicionales.
Hoy en día, más de 500 investigadores de la academia, el gobierno y la industria utilizan la instalación anualmente. En promedio, más de 110 artículos de revistas revisadas por pares cada año se basan en datos generados en el CCEM.
La nueva inversión de la CFI se basa en esa base, asegurando que Canadá siga siendo competitiva a nivel internacional en la investigación avanzada de materiales.
Desde los átomos hasta el impacto
Desde la caracterización de muestras de minerales, hasta el avance de los semiconductores listos para la computación cuántica, hasta la recuperación de elementos valiosos de los desechos electrónicos, el trabajo del CCEM abarca todo el ciclo de vida de los materiales críticos.
La subvención de la CFI fortalece ese enfoque integrado, conectando la información a escala atómica con las prioridades nacionales en resiliencia económica, soberanía tecnológica e innovación sostenible.
En un mundo cada vez más definido por el rendimiento de los materiales, el futuro de Canadá puede depender de qué tan bien comprenda lo que se encuentra debajo de la superficie.
En el CCEM, esa comprensión comienza a la escala más pequeña posible y llega hasta las tecnologías que dan forma al mañana.
“Invertir en microscopía es invertir en el futuro”, dice Bassim.
“Con el apoyo continuo, podemos asegurar que Canadá siga a la vanguardia del descubrimiento científico y la innovación tecnológica.”
