LUMINOSIDAD CUANTICA EN LOS NANOHILOS

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Una investigación ha desarrollado una nueva estructura cuántica capaz de emitir fotones individuales de color rojo. El avance, que se publica en la revista Nature Materials, se basa en el confinamiento cuántico que se genera en cada uno de los puntos y que les permite modular la energía de la luz que emiten.
En este trabajo han participado investigadores de la Universidad de Zaragoza, el Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), la Universidad de Barcelona y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC.
El investigador Jordi Arbiol de este último explica: “El resultado final son hilos unidimensionales, de tamaño nanométrico, compatibles con la tecnología electrónica actual, que permitirían crear dispositivos a mayor escala con un control total de la emisión de luz, fotón a fotón”.
Según el también profesor del ICREA, esta “es la primera vez que se consigue crear, visualizar y analizar este tipo de estructuras”.
La luz emitida por estos puntos cuánticos tiene una gran pureza o monocromaticidad, y su intensidad es superior a la de otros sistemas similares utilizados hasta el momento.
El director del IREC, Joan Ramón Morante, que también ha participado en el trabajo, augura “la posible utilización de estos nuevos sistemas para aplicaciones energéticas avanzadas”.
Para la investigadora de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), coautora del trabajo, Anna Fontcuberta, “el hallazgo también supondrá un avance en el área de la información cuántica, ya que su emisión es extremadamente brillante y el ancho de línea muy delgado”.
Nature Materials.

EL GRAFENO CONVIERTE LA LUZ EN ELECTRICIDAD

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Un equipo del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en colaboración con el Massachussets Institute of Techology de Estados Unidos, el Max Planck Institute for Polymer Research de Alemania y Graphenea S.L. de Donostia-San Sebastián, muestran en Nature Physics que el grafeno es capaz de convertir un fotón absorbido en múltiples electrones que pueden conducir corriente eléctrica.
Este prometedor descubrimiento convierte el grafeno en una importante alternativa para la tecnología de energía solar, actualmente basada en semiconductores convencionales como el silicio.
“En la mayoría de los materiales, un fotón absorbido genera un solo electrón, pero en el caso del grafeno hemos visto que un fotón absorbido es capaz de producir muchos electrones excitados, y por lo tanto una señal eléctrica mayor” explica Frank Koppens, líder del grupo de la investigación en ICFO.
Esta característica hace del grafeno el ladrillo ideal para la construcción de cualquier dispositivo que quiera convertir la luz en electricidad. En particular, permite la producción de potenciales células solares y detectores de luz que absorban la energía del sol con pérdidas mucho menores.
El experimento ha consistido en mandar un número conocido de fotones a diferentes energías sobre una capa fina de grafeno. “Hemos visto que los fotones de alta energía –por ejemplo, los de color violeta– inducen un mayor número de electrones excitados que los fotones de baja energía –por ejemplo, los infrarrojos–”, explica Klass-Jan Tielrooij, investigador del ICFO que ha realizado el experimento.
“En ambos casos siempre era igual o superior al número de fotones mandado –prosigue–. Esta relación nos muestra que el grafeno convierte la luz en electricidad con una eficiencia muy alta. Hasta ahora se especulaba que el grafeno tenía un gran potencial para convertir luz en electricidad, pero ahora hemos visto que es incluso mejor de lo esperado”.
Aunque aún hay algunos aspectos que los científicos están tratando de mejorar, como la baja absorción del número de fotones, el grafeno tiene el potencial de provocar cambios radicales en muchas tecnologías actualmente basadas en semiconductores convencionales.
El próximo reto
“Se sabía que el grafeno es capaz de absorber un espectro muy grande de colores de la luz. Sin embargo, ahora sabemos que una vez el material ha absorbido esta luz, la eficiencia de conversión de energía es muy alta. Nuestro próximo reto será encontrar formas para extraer la corriente eléctrica y mejorar la absorción del grafeno. Entonces seremos capaces de diseñar dispositivos de grafeno que detectan la luz de manera más eficiente, dando paso a células solares más eficientes “, concluye Koppens.
Todo parece indicar que en las próximas décadas se va a vivir un cambio de paradigma con el grafeno similar al que ocurrió con el plástico el siglo pasado. Móviles que se pliegan, placas solares trasparentes y flexibles, ordenadores muy delgados… se podrán desarrollar con grafeno.
Las industrias y autoridades están convencidos de su gran potencial para revolucionar la economía mundial. Tal es así que la Unión Europea acaba de comprometer una inyección de 1.000 millones de euros para su desarrollo.
Nature Physics, 24 de febrero de 2013.

¿TIENE ESPIN EL NUEVO BOSON DESCUBIERTO EN EL CERN?

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La semana pasada el director del CERN, Rolf Heuer, explicaba a SINC que pronto se podría decir que la partícula que descubrieron el año pasado es un autentico bosón de Higgs, en lugar de una parecida, un Higgs-like boson, como hasta ahora. Pero habrá que tener un poco más de paciencia, según los físicos reunidos estos días en La Thuile (Italia). La clave está en confirmar que una propiedad de la partícula, su espín, sea cero.
Una partícula de espín 0 –como un bosón de Higgs– es como un punto, según Stephen Hawking. Si su valor es 1 sería como una carta que hay que girar 360º para verla igual, pero si es 2 bastaría con darla media vuelta o 180º.
“Hasta que podamos delimitar con seguridad su espín, la partícula seguirá siendo un Higgs-like boson –bosón parecido a un higgs–”, subraya el director de Investigación del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), Sergio Bertolucci, “y solo cuando sepamos que esa propiedad es cero podremos llamarlo un bosón de Higgs”.
La declaración se refiere a la famosa partícula descubierta el año pasado en ese centro y se ha facilitado durante los encuentros científicos de Moriond que se celebran estos días en La Thuile (Italia). La semana pasada el director del CERN, Rolf Heuer, ya habló sobre este asunto en la Universidad de Oviedo y expresó su confianza en que pronto se pueda confirmar que el espín sea 0.
Ahora, los científicos insisten en que se requieren más análisis antes de ofrecer una afirmación definitiva sobre la partícula, aunque es verdad que los datos apuntan cada vez más a que es un bosón de Higgs. La clave para su identificación positiva es ver sus características y cómo interacciona con otras partículas.
La propiedad clave es el espín o momento angular –o de rotación– intrínseco. Si tiene espín nulo, entonces es un higgs, como apuntan con fuerza todos los datos hasta el momento. Pero si no, es algo diferente, posiblemente relacionado con la forma en que trabaja la gravedad. El resto de las partículas tienen un espín de ½ o 1, pero en este caso concreto hay que descartar una posibilidad remota, que su valor sea 2.
El concepto de espín no es fácil de entender. Según el científico Stephen Hawking en su libro Breve Historia del Tiempo “lo que nos dice realmente el espín de una partícula es cómo se muestra desde distintas direcciones”.
Una partícula de espín 0, como un bosón de Higgs, es como un punto: parece la misma desde todas las direcciones. Por el contrario, si su valor es 1 es como una flecha: parece diferente desde direcciones distintas y sólo si se gira una vuelta completa –360º– la partícula parece la misma.
El tema se complica con las partículas con espín ½, que no parecen las mismas al girarlas una vuelta. Hay que dar dos vueltas completas para conseguirlo, algo difícil de imaginar.
Por su parte, una partícula de espín 2 –como lo que tratan ahora de descartar los físicos– es como una flecha con dos cabezas: parece la misma si se gira solo media vuelta o 180º. Considerando el campo gravitatorio desde el punto de vista de la mecánica cuántica, la fuerza entre dos partículas materiales se transmite por una partícula de espín 2 que todavía no se ha observado: el gravitón.
Este asunto también lo están investigando los científicos del CERN, que incluso aunque descarten que el nuevo bosón tenga un espín 2 y efectivamente sea 0 como un higgs, todavía tendrán un largo trabajo por delante. El siguiente paso, que puede llevar años, sería confirmar si ese bosón es el largamente buscado del modelo estándar o algo más exótico.