LEVITACION MAGNETICA DIRIGIDA POR LASER

tren de levitacion magnetica
Desde hace más de un siglo somos capaces de vencer la gravedad y volar gracias a la eficiencia aerodinámica de nuestros aviones. Hoy en día también somos capaces de flotar en el aire haciendo uso de la rama de la física que levanta más fascinación: el magnetismo.
La levitación magnética o maglev consiste en anular la fuerza gravitatoria que tira de los objetos hacia el centro de la Tierra mediante campos magnéticos intensos. Y tal y como dictan las leyes de Newton, si las dos fuerzas se compensan el objeto quedará suspendido en el aire de forma estable.
Desde hace años existen aplicaciones comerciales a la levitación magnética, aunque se centran principalmente en los trenes de alta velocidad. Aún así, la tecnología que nos permite viajar a más de 500 km/h cómodamente sentados en el interior de un tren lleva presente muchos más años de lo que puede parecer.
Las primeras patentes sobre el uso del electromagnetismo para la propulsión de trenes data de la primera década de 1900, aunque la investigación y el desarrollo continuaron durante toda la primera mitad del siglo hasta que en la Exhibición Internacional de Transporte de Hamburgo de 1979 se estrenó el primer tren de levitación magnético apto para el transporte de viajeros. Desde entonces la levitación magnética ha seguido su camino y nos ha permitido hacer cosas fabulosas, siendo quizá la más llamativa el hacer levitar seres vivos tal y como hizo André Geim para ganar el premio Nobel en el 2000, 10 años antes de compartir el premio Nobel de física con Konstantin Novoselov por sus trabajos con el grafeno.
El papel del diamagnetismo
El diamagnetismo se trata de un estado magnético de la materia que da lugar a la repulsión de los campos magnéticos. Es decir, cuando el grafito siente la presencia de un campo magnético, sus átomos se disponen de tal manera que tratan de contrarrestar dicho campo. Por lo general esta respuesta es inapreciablemente pequeña, pero si el campo magnético es lo suficientemente intenso la respuesta se hace visible y se produce la levitación magnética. Si comparamos este comportamiento con, por ejemplo, el hierro que pertenece al grupo de materiales llamados ferromagnéticos encontramos claras diferencias. Estos materiales al estar en presencia de un campo magnético tratan de alinear todos sus átomos con el campo, dando lugar una respuesta claramente visible: la imanación.
En física tenemos siempre una propiedad que nos describe un comportamiento, y en este caso es la susceptibilidad magnética la que nos dice cómo va a reaccionar un material en presencia de un campo magnético. Según su valor podemos clasificar los materiales en tres grandes grupos:
Si la susceptibilidad magnética es positiva y pequeña estamos ante un material paramagnético, como el aluminio.
Si la susceptibilidad magnética es positiva y muy grande estamos ante un material ferromagnético, como el hierro.
Si la susceptibilidad magnética es negativa estamos ante un material diamagnético, como el grafito.
Visto de otra forma y a modo de resumen: un material paramagnético dentro de un campo magnético mostrará una pequeña imanación, uno ferromagnético dará una imanación muy grande, y un diamagnético repelerá dicho campo. Como ya sabemos, en este último caso está la base de la levitación magnética.

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CREAN UN NANOTRANSISTOR QUE SUSTITUIRÁ AL SILICIO

Permitirá la rápida miniaturización de los componentes electrónicos de los ordenadores
Ingenieros de la Universidad de Manchester han usado un nuevo material llamado graphene, de tan solo un átomo de grosor, para crear el transistor más pequeño del mundo. Este adelanto puede agilizar el desarrollo de un nuevo tipo de chip para ordenadores súper rápidos, inimaginables con los chips actuales de silicio. Sus creadores aseguran que esta innovación permitirá agilizar la miniaturización de elementos electrónicos y puede convertirse en una alternativa prometedora y real cuando la “Era del Silicio” llegue a su fin en 2025.
El profesor Andre Geim y el doctor Kostya Novoselov, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Manchester, han anunciado en el número de marzo de la revista Nature Materials la fabricación del transistor más pequeño del mundo, que podría posibilitar la producción de nuevos chips para ordenadores super rápidos. Este nuevo transistor tiene sólo un átomo de ancho y cincuenta átomos de largo.
En las últimas décadas, los fabricantes han ido llenando de componentes los circuitos integrados. Por ello, el número de transistores y la potencia de estos circuitos se doblan cada dos años aproximadamente. Este fenómeno ha sido denominado la Ley de Moore .
Se trata de una ley empírica, formulada por Gordon E. Moore en 1965, cuyo cumplimiento se ha podido constatar hasta hoy. Ese año, Gordon Moore afirmó que el número de transistores por pulgada en circuitos integrados se duplicaba cada año y que ese mismo crecimiento continuaría durante las décadas siguientes, asegurando el futuro de la informática.
Más pequeños
La velocidad a la que se llenan los circuitos ha ido, sin embargo, decreciendo notablemente. La tecnología basada en el silicio está a punto de alcanzar el mínimo tamaño posible. Por ello, la miniaturización de los componentes electrónicos es el reto más importante al que la industria de los semiconductores se enfrenta en los próximos veinte años.
En este sentido, hace dos años el profesor Andre Geim y sus colegas descubrieron una nueva clase de material que podía ser visto como niveles atómicos individuales separados de una masa de cristales. Este nuevo material fue bautizado como graphene.
El graphene es una molécula de carbono bidimensional, con el espesor de un átomo, con una alta conductividad y una mínima resistencia. En estos dos años, este material se ha convertido en uno de los temas fundamentales de los que se está encargando la física. Gracias al graphene, la famosa Ley de Gordon Moore se podría dar por superada en las próximas décadas.

Material estable
Al mismo tiempo que era anunciado el descubrimiento del graphene, el profesor Geim también anunció la fabricación de un transistor mucho más pequeño a partir de este nuevo material. Aquel primer transistor resultó ser inservible porque no llegaba a hacer correctamente su función de “interruptor”.
Ahora, el equipo de la Universidad de Manchester ha demostrado por primera vez que el graphene se muestra muy estable y con una gran conductividad, incluso cuando es cortado en tiras de sólo unos nanómetros de largo. De este modo han encontrado la manera de solucionar el problema inicial y hacer este tipo de transistores útiles para usarlos en los chips que se ensamblarán en los ordenadores del futuro.
Otros materiales conocidos, como el silicio, que domina toda esta industria, se descomponían y eran inestables incluso en tamaños diez veces mayores. Esta pobre estabilidad ha sido la mayor barrera con la que los investigadores se han topado para usarlos en futuros dispositivos electrónicos más pequeños, comprometiendo y limitando el desarrollo de la microelectrónica.
El equipo de investigación sugiere que los futuros circuitos electrónicos podrán hacerse a partir de una única lámina de graphene. Estos circuitos incluirían un elemento central o punto cuántico, una barrera semitransparente que controla los movimientos individuales de los electrones, interconectares y puertas lógicas (circuitos de conmutación integrados en el chip), todo ello hecho únicamente de graphene.
Primera prueba
El equipo de Geim ha probado esta idea fabricando un número de transistores de un único electrón que ha sido capaz de funcionar por primera vez a temperatura ambiente, y no en condiciones especiales, y con una alta calidad.
Aunque esta primera prueba es esperanzadora, los investigadores de la Universidad de Manchester advierten que en la actualidad no existe la tecnología capaz de cortar elementos individuales con precisión nanométrica.
Hacer transistores a escala realmente nanométrica es el mismo reto en el que se encuentra la tecnología basada en el silicio, sin embargo, a diferencia del silicio, el graphene se muestra totalmente estable, incluso en estos tamaños, por eso estamos esperanzados, afirma el doctor Leonid Ponomarenko, que también participa en esta investigación, en un comunicado hecho público por la Universidad de Manchester.
El profesor Geim no espera el “nacimiento” de circuitos basados en graphene hasta 2025. Hasta esa fecha, el silicio seguirá siendo dominante en los componentes microeletrónicos. Sin embargo, cree que este material es la única tecnología viable cuando la “Era del Silicio” llegue a su fin.
Este material combina las mejores cualidades de otras tecnologías que han sido consideradas como posibles sustitutas del silicio. Combina en uno sólo material, lo mejor de los nanotubos de carbono y de la electrónica molecular, asegura Geim.

EL GRAFENO

SACÁNDOLE PUNTA AL FUTURO

Una capa de grafito de sólo un átomo de espesor promete revolucionar la tecnología en un futuro no muy lejano. El INTI ya trabaja junto al Instituto Nacional de Metrología de Estados Unidos para adquirir conocimientos que permitan manipularlo.
Lo nuevo
El grafeno es una forma del carbono y es el nombre dado a una capa de sólo un átomo de espesor del grafito. Este material fue recientemente sintetizado y ampliamente estudiado por André Geim y Konstantin Novoselov, quienes por esta razón recibieron el premio Nobel de Física 2010. El grafito, que es el material que puede encontrarse en los lápices, consiste en un apilamiento de capas de grafeno, y en el caso de Geim y Novoselov, ellos lograron aislarlo simplemente usando cinta adhesiva. La estructura de red bidimensional que presenta el grafeno es similar a un panal de abejas y le otorga al sistema propiedades únicas, que prometen importantes aplicaciones futuras. Además, los electrones en el grafeno se comportan con efectos relativísticos extraños, aunque a velocidades mucho menores que la de la luz, que lo convierten en un sistema de gran interés en su estudio.
Los trabajos más recientes en el área han mostrado que se obtiene el mismo efecto sobre una muestra de grafeno sometida a una temperatura de 4,2 K, que es la temperatura del helio líquido. Inclusive se ha observado el efecto en el grafeno a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente, pero todavía no puede contarse con ello pues los niveles de incertidumbre con los que se obtiene la referencia hasta el momento no son deseables desde el punto de vista metrológico.
Para trabajar en el desarrollo y la investigación del grafeno para producir el QHE, el Instituto Nacional de Metrología de Estados Unidos (NIST, por sus siglas en inglés) ha iniciado un proyecto al cual invitaron al INTI a participar. Esta cooperación permite adquirir conocimientos en los aspectos básicos y aplicados relacionados al grafeno, junto con el aprendizaje de las técnicas necesarias para su síntesis y manipulación. Actualmente un miembro del Instituto se encuentra haciendo una estadía en el NIST como investigador invitado, colaborando en el desarrollo y la fabricación de las muestras de grafeno, que son crecidas en forma epitaxial en una atmósfera de argón.
La segunda etapa del proyecto estará realizada en su totalidad en el INTI y consistirá en caracterizar las muestras para determinar su aplicación en metrología: estudio de la cuantificación, análisis de la resistencia transversal y longitudinal, movilidad, dependencias del valor de la resistencia Hall (RH) con los parámetros del sistema, corriente crítica. La caracterización deberá permitir al Instituto obtener valores para RH (patrón primario de resistencia eléctrica) similares a los valores obtenidos con las muestras de Gas usadas hasta el momento, con una exactitud en la comparación de pocas partes en 109.
Pros y contras
Las propiedades del grafeno no se encuentran en otros materiales. Es el material más delgado y más fuerte conocido hasta el momento. Como conductor eléctrico presenta mejores características que el cobre, a tal punto que se piensa que en el futuro habrá toda una nueva electrónica basada en el grafeno; como conductor térmico supera a todo material conocido. Es prácticamente transparente pero tan denso que ni aún el helio, el gas atómico más liviano, puede penetrarlo. Debido a esta característica de ser prácticamente transparente (pues está formado por una única capa de átomos) y al mismo tiempo un excelente conductor eléctrico, el grafeno es un material muy adecuado para la producción de pantallas táctiles transparentes, paneles luminosos o celdas solares.
Por otro lado, si bien el grafeno es sustancialmente más fuerte que el acero, es mucho más elástico. Debido a que tanto su conductividad eléctrica como su conductividad térmica son muy altas, se está planteando el desarrollo de nuevos materiales que incrementen la resistencia al calor, y bastaría con agregar un 1% de grafeno a un material plástico para convertirlo en buen conductor eléctrico, lo que lleva a pensar en su uso en satélites, en la industria aeronáutica o en la automotriz. También, como el grafeno presenta una estructura cristalina perfecta, es muy adecuado para la producción de sensores extremadamente sensibles que podrían registrar niveles mucho más bajos de detección de los que existen hasta el momento.
Sin embargo, no todo es tan fácil. Las mismas propiedades electrónicas del material lo vuelven sensible a factores externos (presión, moléculas depositadas sobre su superficie, contaminación, entre otras), de forma tal que al producir el grafeno a escalas macroscópicas se pierde parte de su estructura cristalina. Por el momento, en la obtención del grafeno sólo se logran áreas relativamente pequeñas donde el sistema es monoatómico y monocristalino. En la actualidad la mayoría de los usos del grafeno que se han mencionado se encuentran en estado de investigación y son aún potenciales, aunque varios de ellos ya han sido probados y se cree que en los próximos años puede surgir un verdadero cambio en los sistemas electrónicos y en la ciencia de los materiales.
18-04-2012 | CIENCIA Y TECNOLOGIA | GRAFENO