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.

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GRAFENO PERMITIRÁ FABRICAR APARATOS CON PROPIEDADES ÚNICAS

Investigadores descubren que las estructuras de las capas atómicas de este material son casi perfectas, lo que facilitará el desarrollo de una nueva generación de chips informáticos.
Un equipo de investigadores del Reino Unido ha descubierto que las estructuras de las capas atómicas del grafeno son prácticamente perfectas, incluso aunque se acumulen más de diez capas en la construcción de la pila. El hallazgo podría facilitar el desarrollo de una nueva generación de chips informáticos. El grafeno, un material bidimensional compuesto por átomos de carbono dispuestos en forma de panal de abejas, es el material más delgado del mundo y también uno de los más fuertes.
Estructura del grafeno. Fuente: Wikimedia Commons. Investigadores del Reino Unido han descubierto una característica insólita del grafeno gracias a la demostración de un método que emplea este material como pieza fundamental para la creación de nuevas estructuras tridimensionales no limitadas a lo que la naturaleza es capaz de producir.
Su método, publicado en Nature Materials, implica la inclusión de capas de grafeno entre otras de aislante para generar dispositivos electrónicos con propiedades únicas.
Se espera que este método nuevo dé paso a una dimensión completamente nueva en el campo de la investigación de la física.
Nueva generación de chips informáticos de grafeno
El grafeno es un material bidimensional compuesto de una única capa de átomos de carbono dispuestos en forma hexagonal o de panal de abejas.
Es el material más delgado del mundo y también uno de los más fuertes. Su eficiencia conductora de electricidad se asemeja a la del cobre y supera a la de cualquier otro material en lo referente a la conducción de calor.
Los científicos probaron que una nueva técnica de obtención de imágenes laterales puede utilizarse para observar cada una de las capas atómicas de grafeno en los dispositivos que han logrado construir.
El equipo descubrió que las estructuras eran prácticamente perfectas, incluso aunque se acumulasen más de diez capas en la construcción de la pila.
Este avance muestra aún con mayor certeza la idoneidad del grafeno como un componente de gran importancia para la nueva generación de chips informáticos.

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.

NUEVO MATERIAL POLARIZABLE DE FORMA MAGNÉTICA Y ELÉCTRICA

Los experimentos se llevaron a cabo en las instalaciones de neutrones Helmholtz-Zentrum
Investigadores del Instituto Niels Bohr, de la Universidad de Copenhague, han analizado un material que es, a la vez, polarizable de forma magnética y eléctrica, algo que hasta ahora no se había conseguido. Este hallazgo abre nuevas posibilidades, por ejemplo, para los sensores de la tecnología del futuro.
Los resultados han sido publicados en la revista científica Nature Materials. Los materiales que pueden ser polarizados de forma magnética y eléctrica y tienen propiedades adicionales, se denominan multiferroicos, y fueron descubiertos con anterioridad por investigadores rusos. Sin embargo, la tecnología para examinar estos materiales no existía en ese momento.
“Ahora, hemos estudiado el raro compuesto de hierro, TbFeO3, utilizando radiación de neutrones de gran alcance en un campo magnético. Al bajar la temperatura cerca del cero absoluto, pudimos observar que los átomos en el material están dispuestos en una estructura reticular que consta de filas de terbio, separadas por hierro y átomos de oxígeno. Tales estructuras son bien conocidas, pero sus dominios magnéticos son nuevos”, explica Kim Lefmann, profesor en la Universidad de Copenhague.
Los experimentos se llevaron a cabo en las instalaciones de investigación de neutrones Helmholtz-Zentrum, en Berlín, en colaboración con investigadores de Holanda y Alemania. Para obtener una comprensión general del material, con la ayuda de ciertos cálculos, se ha obtenido una imagen más precisa de la relación entre la estructura del material y sus propiedades físicas.
“Las paredes de terbio interactúan mediante el intercambio de ondas magnéticas, que se transfieren a través de la estructura de hierro magnético. El resultado es una fuerza conocida en la física nuclear y de partículas”, explica Heloisa Bordallo, del Instituto Niels Bohr.
Es, precisamente, esta interacción entre el metal de transición, el hierro y el elemento raro, el terbio, la que juega un papel importante en este material magneto-eléctrico. “A través de estos resultados hemos encontrado una nueva vía para descubrir y desarrollar nuevos multiferroicos”, según subrayan los investigadores.

NUEVA FORMA DE GENERAR ELECTRICIDAD

Hallan una nueva forma para generar electricidad
Lo han conseguido mediante un fenómeno producido en nanotubos de carbono
Un grupo de ingenieros y científicos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha descubierto una nueva forma para producir electricidad. El proceso se concreta mediante ondas termoeléctricas que generan energía, la cual es transportada a través de nanotubos de carbono. El descubrimiento podría abrir una nueva etapa de estudio y un nuevo campo de investigación en el sector de la energía. Las aplicaciones abarcarían minúsculos dispositivos electrónicos para uso médico o diminutos sensores ambientales, entre otras posibilidades. Por Pablo Javier Piacente.
Este proceso, basado en las potencialidades de los nanotubos de carbono (imagen) y en el arrastre de electrones producido, constituye una nueva forma de generar energía. Imagen: Christine Daniloff / MIT.
Especialistas del MIT han avanzado sobre un fenómeno hasta el momento desconocido. Poderosas y súbitas ondas de energía se producen al cubrir con una capa de combustible un nanotubo de carbono, que a su vez transporta la producción energética mediante el minúsculo tubo. Se trata de una nueva forma de producir electricidad, cuyas aplicaciones concretas aún no pueden definirse, pero que podrían marcar un nuevo sector de especialización en el campo energético. La nanoelectrónica sería en principio el área de mayor aplicación práctica.
La importante novedad fue difundida en una nota de prensa del Massachusetts Institute of Technology, y también fue publicada en los medios especializados Nature Materials y Physorg.com. El proceso fue definido como ondas termoeléctricas, en una investigación dirigida por Wonjoon Choi, un estudiante de doctorado en ingeniería mecánica del MIT.
¿Cómo se concreta este fenómeno?. Al igual que un conjunto de restos y desperdicios pueden viajar por la superficie del océano impulsados por las olas, las ondas térmicas generadas en la superficie de microscópicos hilos de carbono pueden viajar a través de ellos y crear una corriente eléctrica.
El elemento clave en el descubrimiento son los nanotubos de carbono, que han sido objeto de investigación intensiva en todo el mundo durante las últimas dos décadas. Estos tubos, de algunos pocos nanómetros de diámetro, permiten un sinfín de aplicaciones a nivel tecnológico, y ahora podrían constituir una nueva revolución en el campo energético.
Descripción y características del proceso
En los experimentos desarrollados en el marco de la investigación en el MIT, los nanotubos de carbono fueron recubiertos con una capa de un combustible de reacción, capaz de producir calor por descomposición. Este combustible fue encendido en un extremo de los nanotubos utilizando un rayo láser o una chispa de alto voltaje.
Como resultado se obtuvo un rápido movimiento de onda térmica, la cual viaja a lo largo de los nanotubos de carbono a toda velocidad. El calor del combustible ingresa en el nanotubo, donde se transporta miles de veces más rápido que en el propio combustible. Con una temperatura de 3.000 grados Kelvin, el calor viaja a lo largo del tubo con una velocidad 10.000 veces mayor que en una reacción química normal.
El calor producido por la combustión también empuja a los electrones a lo largo de los nanotubos de carbono, creando una corriente eléctrica considerable. El fenómeno es inédito y podría desembocar en el inicio de un nuevo campo de especialización en el sector energético, de aplicaciones técnicas sin límites.
Ya desde los experimentos iniciales realizados por el grupo de investigación, los ingenieros se asombraron de la magnitud del pico de tensión eléctrica resultante luego de encender el revestimiento de combustible en los nanotubos de carbono, lo que llevó a redoblar los esfuerzos para entender al detalle y optimizar este nuevo fenómeno.
Interesantes aplicaciones
La cantidad de energía liberada es mucho mayor que la prevista de acuerdo a los cálculos tradicionales en el campo de las ondas termoeléctricas. Muchos materiales semiconductores pueden producir un potencial eléctrico cuando se calientan, a través del llamado efecto Seebeck, pero esto no funciona en el caso de los nanotubos de carbono.
Puede decirse entonces que aquí se concreta otro tipo de fenómeno, de acuerdo con la explicación de los propios investigadores. Los ingenieros y científicos lo han definido como “arrastre de electrones”, ya que la capacidad de la onda térmica producida para transportar a los electrones a lo largo de los nanotubos de carbono es la propiedad responsable de la alta potencia generada por el sistema.
Aún es complejo predecir exactamente las aplicaciones prácticas que tendrá este descubrimiento. Sin embargo, los especialistas sugieren que una posible aplicación sería el desarrollo de dispositivos electrónicos ultra pequeños, incluso del tamaño de granos de arroz, que podrían emplearse como sensores de tratamiento médico e inyectarse en el cuerpo humano.
Otro campo posible de aplicación sería la fabricación de diminutos sensores ambientales, que podrían estar dispersos como polvo en el aire para analizar diferentes parámetros o condiciones del entorno. Asimismo, los investigadores se encuentran avanzando actualmente en un nuevo paso de este desarrollo, que podría desembocar en la generación de corriente alterna, ampliando así la base de aplicaciones. También se busca mejorar el rendimiento energético del nuevo proceso.