Ciencia Kanija

¿Podría un tipo de cristal electrónico anteriormente desconocido ayudar en el futuro de la electrónica?

Investigadores de la Universidad McGill han descubierto un nuevo estado de la materia, el cristal electrónico cuasi-tridimensional, en un material muy similar al usado en la fabricación de los modernos transistores. Este descubrimiento podría tener implicaciones trascendentales para los nuevos dispositivos electrónicos. Actualmente, el número de transistores que pueden incrustarse de forma económica en un único chip de ordenador se incrementa de forma exponencial, duplicándose aproximadamente cada dos años, en una tendencia conocida como Ley de Moore. Pero existen límites, dicen los expertos. Conforme los chips se hacen cada vez más pequeños, las extrañas leyes y comportamientos de la física cuántica aparecen, haciendo imposibles los chips más pequeños.
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Cámara de vacío, ópticas y bobinas magnéticas usadas en el experimento del aislante Mott en Zurich. (Cortesía: Henning Moritz).

Físicos de Suiza y Francia han producido un gas de átomos fríos atrapados que imita las características de los superconductores de estado sólido. Confinando átomos de potasio a temperaturas de una fracción de grado sobre el cero absoluto en un patrón de profundos pozos de potencial – similar a los huevos en una cartonera — los investigadores liderados por Tilman Esslinger de la ETH Zurich han creado el primer ejemplo de átomos fermiónicos que se comportan como un aislante Mott.

Un aislante Mott se forman cuando las interacciones entre los electrones de un sólido cristalino evitan que los electrones de conducción se muevan libremente entre los átomos. Mucho fenómenos importantes de la física de materia condensada, incluyendo la superconductividad a alta temperatura, tienen lugar cuando el material está casi en fase de aislante Mott. La razón de la transición a esta superconductividad de alta temperatura no se comprende completamente, no obstante, aplicar el modelo teórico predominante (conocido como modelo de Hubbard) a los sólidos complejos a temperaturas relativamente altas se convierte en un dolor de cabeza computacional.
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Espejo atómico estabilizado cuántico el cual, a pesar de los pequeños huecos e “islas”, en su mayor parte tiene una superficie lusa y es capaz de reflejar un rayo molecular imaginario (cada molécula con 4 átomos). Imagen: Barredo et al.

Prepárate para el primer microscopio atómico del mundo.

Un equipo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM)y el Instituto de Estudios Avanzados de Madrid en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia) ha creado el “espejo atómico estabilizado cuántico”, la superficie más lisa jamás creada, de acuerdo con la edición de esta semana de la revista Advanced Materials.

Uno de los autores del estudio, Rodolfo Miranda, profesor de física de materia condensada en la UAM y director del IMDEA-Nanociencia, explicó al SINC que la innovación con este espejo casi perfecto es la capacidad de reflejar “extraordinariamente bien” la mayor parte de los átomos que le afectan, a través del uso de materiales de grosor nanométrico cuyas propiedades están dominadas por efectos cuánticos.
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El físico de la Universidad de Chicago Thomas Rosenbaum, con el refrigerador de disolución de helio en su laboratorio, donde observa el comportamiento cuántico de materiales enfriados a temperaturas casi al cero absoluto. (Imagen: Dan Dry)

Científicos de la Universidad de Chicago han descubierto cómo los sensores magnéticos hacen que sea posible operar a las altas temperaturas que requerirán los motores cerámicos en coches y aviones del futuro para operar a una eficiencia mayor que la tecnología actual de combustión interna.

La clave para fabricar los sensores implica muestras ligeramente diluidas de un material semiconductor bien conocido, conocido como antimónido de indio, que es valorado por su pureza. Thomas Rosenbaum de Chicago y su socio Jingshi Hu, ahora en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, han publicado su fórmula en el ejemplar de septiembre de la revista Nature Materials.
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Ondas doradas. Esta simulación por ordenador muestra la fuerza del campo eléctrico alrededor de bandas de oro a nanoescala (mostradas en corte transversal) cuando impacta luz infrarroja desde arriba. En los experimentos, los investigadores midieron las interacciones de los plasmones de superficie del oro – ondas de campos electromagnéticos y electrones – con electrones (excitones) en el bloque semiconductor de abajo (no mostrado).

La luz que impacta una superficie crea tipos muy distintos de perturbaciones dependiendo de si es un metal o un semiconductor. Combinar estos dos materiales en una única nanoestructura podría llevar a dispositivos que se beneficien de las mejores propiedades de cada uno de ellos. Para una mejor comprensión de cómo podría funcionar esto, unos investigadores informan en el ejemplar del 12 de septiembre de Physical Review Letters que han caracterizado el acoplamiento entre excitones – estados electrónicos excitados en semiconductores — y plasmones, que existen en metales. Comprender los detalles de la interacción plasmón-excitón podría ayudar a los investigadores a desarrollar ordenadores ópticos, láser plasmónicos o células solares mejoradas.

Cuando la luz impacta en un metal, puede crear una polarización plasmónica de superficie – a menudo simplemente llamada “plasmón de superficie” – la cual es una onda viajera combinando campos electromagnéticos con oscilaciones electrónicas. Los investigadores están usando diminutas antenas de plasmones para canalizar más luz a las células solares (fotovoltaicas), incrementando su eficiencia. Otros estudiantes de la “plasmónica” esperan desarrollar dispositivos que reemplacen algunas corrientes eléctricas con ondas plasmónicas, debido a que los plasmones pueden, teóricamente, portar la misma información que los pulsos de luz pero apretados en cables de tamaño nanométrico usados en los chips de computadores estándar.
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Los investigadores están trabajando en un generador termoeléctrico que convierte el calor de los gases de escape en electricidad. El módulo alimenta la energía del sistema electrónico del coche. Esto recorta el consumo de combustible y ayuda en la reducción de emisiones de CO₂ de los vehículos a motor.

En una era de recursos naturales cada vez más limitados, el ahorro de energía está a la orden del día. No obstante, muchos procesos técnicos usan menos de un tercio de la energía que emplean. Esto es particularmente cierto para los automóviles, donde dos tercios del combustible emitido sin utilizarlo en forma de calor.
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La comparación entre una micronave típica respecto al tamaño de una tarta de cumpleaños. Crédito: Prasanna Chandrasekhar

Flotas de naves diminutas pueden estar más cerca del despegue.

Para lograr que esta visión ciencia ficción de “micro-naves” de 25 kilos y “nano-naves” de 5 kilos sea realidad, los científicos han inventado ahora una piel tan fina como la hoja de una navaja que puede proteger la nave contra el calor extremo y el frío intenso que se puede encontrar en el espacio exterior y lidiar con los micrometeoritos que vuelan a miles de kilómetros por hora.
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Científicos de la Universidad de Cambridge han identificado un componente clave para desvelar el misterio de la superconductividad a temperatura ambiente, de acuerdo con un artículo publicado recientemente en la revista científica Nature.

La búsqueda de la superconductividad a temperatura ambiente ha atraído la atención de los investigadores desde que vieron esta posibilidad hace más de dos décadas. Los materiales que podrían potencialmente transportar la electricidad con una pérdida cero (resistencia) a temperatura ambiente tiene un vasto potencial; alguna de las posibles aplicaciones incluyen trenes súper-rápidos de levitación magnética, imágenes de resonancia magnética (IRM) más eficientes, generadores de energía, transformadores, y líneas de transmisión con menores pérdidas, supercomputadores más potentes, etc.
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La Fuente de Radiación de Sincrotrón. Crédito: STFC Daresbury Laboratory

Una investigación para comprender cómo los rayos-X interactúan con la materia podría llevar a la producción de imanes exóticos más potentes, tales como los que harán que los vehículos eléctricos sean más eficientes y rentables o como los requeridos para desarrollar una nueva generación de escáneres CT. Reviviendo un efecto descubierto por primera vez hace 70 años para comprender los procesos que causan que los rayos-X sean absorbidos por la materia, un equipo de científicos liderados por la Universidad de Warwick, trabajando junto con colegas del Laboratorio STFC Daresbury en Warrington y el Diamond Light Source en Oxfordshire, han descubierto sutiles detalles sobre los electrones que determinan propiedades tales como los enlaces químicos y la formación del magnetismo. El artículo completo se publicó el 10 de julio en la revista científica Nature.
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Investigadores de la NASA y científicos de los Estados Unidos, Alemania y Japón han encontrado un nuevo mineral en material que posiblemente procedía de un cometa.

El mineral, un silíciuro de manganeso llamado Brownleeita, se descubrió dentro de una partícula de polvo interplanetaria, o IDP, que parece tener su origen en el cometa 26P/Grigg-Skjellerup. El cometa se descubrió originalmente en 1902 y reaparece cada 5 años. El equipo que hizo el descubrimiento están encabezado por Keiko Nakamura-Messenger, científico espacial en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston.
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