O pesquisador Doutor do Instituto de Física de São Carlos – IFSC/USP, Frank Nelson Crespilho fala sobre Eletroquímica de Sistemas Nanoestruturados Automontados, as principais contribuições desta pesquisa seriam na aplicação de alguma área de nanotecnologia que venha contribuir com o ecossistema para armazenamento e conversão de energia. Evitando, assim, usinas hidrelétricas e outros impactos ao meio ambiente. Cita-se como exemplo, o clima favorável do estado do Piauí para conversão de energia solar em elétrica. Ao mesmo tempo, estaria gerando energia limpa e evitando outros meios de produção de energia que possam agredir o meio ambiente.

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Entrevista com o autor do livro O mundo nanométrico: a dimensão do novo século (Oficina de Textos), de Henrique Toma, professor titular do Instituto de Química da Universidade de São Paulo. Na entrevista o autor fala das atuais nanotecnologias utilizadas no dia-a-dia das pessoas e das perspectivas do desenvolvimento dessa tecnologia para o futuro recente. O professor explicita como a programação nanotecnológica tem relação com os organismos vivos e como a vida serve de exemplo para suas pesquisas tecnológicas.

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Aborda a aplicação da nanotecnologia na cadeia têxtil e seus benefícios. Aborda fibras hidrorepelentes; anti-amarrotamento; eco-compatíveis e não tóxicas à pele, fibras que não desbotam; fibras multi-funcionais; têxteis anti-bactericidas; têxteis anti-chamas.

Autor: José Maria Simas de Miranda

LINK: http://www.rjrconsultores.com.br/nano/cec.pdf

Gracias al los experimentos realizados por Ron Jansen, de la Universidad de Twente (Países Bajos), los chips del futuro basarán su funcionamiento en el spin de los electrones en lugar de utilizar su carga eléctrica como lo hacen en la actualidad. El trabajo de este científico ha sentado las bases para la creación de circuitos integrados de consumo masivo, construidos en silicio pero basados en la espintrónica, que serán capaces de funcionar a temperatura ambiente y con un consumo de energía ultra bajo.   —–>>>  

Se trata de una palabra nueva, que posiblemente no hayas oído o leído hasta hoy:espintrónica. Sin embargo, este neologismo construido a partir de “espín” y “electrónica” -conocido a veces como “magnetoelectrónica” está destinado a ponerse de moda. En esencia, la espintrónica no es más que una tecnología emergente que posee un enorme potencial en el campo de la electrónica y el almacenamiento y transmisión de datos. Esta nueva forma de “utilizar” los electrones explota tanto su carga como su “spin“. Se denomina spin de un electrón a un estado de energía magnética débil que puede tomar solo dos valores: los correspondientes a la mitad del valor de la constante de Planck dividida por dos veces el valor de PI, con signo positivo o negativo. Puede que comprender el concepto de spin resulte bastante engorroso, pero lo concreto es que puede tener solo dos valores perfectamente determinados, algo que a la aritmética binaria le viene como anillo al dedo.

Esta nueva forma de "utilizar" los electrones explota su "spin".

A pesar de ser pocos conocidos, los experimentos relacionados con la espintrónica vienen  realizándose desde hace varios años. La empresa IBM, por ejemplo, demostró en 2002 que podía tener un impacto radical  en los dispositivos de almacenamiento masivo del futuro. Utilizando esta tecnología lograron almacenar cantidades enormes de datos en un área diminuta, alcanzando densidades del orden de los 155.000 millones de bits por centímetro cuadrado. Obviamente, falta aún bastante tiempo para que un dispositivo así llegue a las tiendas, pero sirve perfectamente como muestra de qué puede hacer por nosotros esta nueva rama de la ciencia.

Uno de los problemas que sin duda retrasa la utilización de la espintrónica en los chips de los ordenadores o gadgets es que -hasta ahora- no funcionaba demasiado bien sin un costoso, caro y enorme sistema de enfriamiento. Sin embargo, el trabajo realizado por Jon Jansen, de la Universidad de Twente en los Países Bajos, parece que finalmente permitirá a la próxima generación de ordenadores basar su funcionamiento en el spin de los electrones en lugar de utilizar su carga eléctrica. En lugar de codificar los ceros y unos del sistema binario como ausencia o presencia de una diferencia de potencial eléctrico, se utilizarán el sentido de estos “giros” como forma de representar valores binarios. Jansen ha logrado utilizar el spin de los electrones en el silicio a temperatura ambiente por primera vez.

Una de las principales ventajas que tiene este sistema frente a los circuitos electrónicos convencionales es que necesitan de mucha menos energía para funcionar. Ocurre que la “electrónica normal” es el campo eléctrico el encargado de empujar a los electrones a través del circuito, y este proceso es poco eficiente ya que disipa una gran cantidad de energía en forma de calor. Por el contrario, el spin de los electrones puede manipularse mediante un campo magnético que no posee prácticamente perdidas en forma de calor. Los expertos aseguran que usando este sistema se consumiría mucha menos energía y se disiparía menor calor. La idea es alcanzar un control sobre el spin de los electrones similar al que se tiene actualmente sobre la carga de estas partículas. Los experimentos realizados hasta ahora sólo habían tenido éxito utilizando como base materiales semiconductores exóticos -como el arseniuro de galio- a bajas temperaturas. Pero Jansen, al haber encontrado la forma de hacer esto con silicio (el material que más utiliza la industria electrónica) y a temperatura ambiente, prácticamente garantiza que los dispositivos espintrónicos del futuro podrían fabricarse a escala comercial con relativa facilidad.

Los metamateriales tienen propiedades ópticas asombrosas, como ralentizar la luz hasta pararla. Se ha logrado por primera vez atrapar la luz de un arco iris en el rango de frecuencias visible, de 457 a 633 nm. El nuevo dispositivo fabricado por físicos de las Universidades de Towson y Purdue, EEUU, consta de una lente convexa de cristal de 4,5 mm. de diámetro con una de sus caras recubierta por una película de oro de 30 nm. de grosor. Esta cara está apoyada en un cristal plano recubierto de otra película de oro de 70 nm. de grosor. La luz es almacenada en la capa de aire que queda en medio. En el experimento se ha utilizado la luz de un láser de argón multifrecuencia (que opera a 457 nm, 465 nm, 476 nm, 488 nm, y 514 nm) y un láser de He-Ne que opera a 633-nm. La figura que acompaña esta imagen ha sido obtenida con un microscopio óptico. La capa de aire se comporta como una guía de ondas multimodo. En la figura los anillos coloreados representan las posiciones donde la velocidad de grupo de los modos se hace cero. En estos lugares se almacena la luz completamente parada. La posición donde se para la luz depende de su color, con lo que las diferentes frecuencias se paran en lugares diferentes. De esta forma se logra parar la luz de un arcoiris y atraparlo en el dispositivo. Para los interesados en más detalles, el artículo técnico es V.N. Smolyaninova, I.I. Smolyaninov, A.V. Kildishev, V. M. Shalaev, “Experimental Observation of the Trapped Rainbow,” ArXiv, 23 Nov. 2009.

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Esta diseñado con partes de aluminio y su estructura aerodinámica le permite alcanzar 45 km/h de velocidad.

Pesa unos 32 kg…. eso sí, todo tiene un precio y este capricho no saldría precisamente barato. Cuesta 5.877 euros.

El pasado fin de semana nuevamente se inyectaron haces de partículas en el recientemente restaurado Colisionador de Hadrones del CERN. Apenas tres días después de haber logrado mantener estables los haces que circulaban dentro de sus dos anillos, a las 14:22 horas de ayer, los ingenieros provocaron las primeras colisiones en el centro del detector Atlas. Más tarde se repitió la operación en el detector CMS, y por ultimo en los dos restantes: Alice y LHCb. Todas las pruebas fueron un éxito.

Parecía que este momento no iba a llegar nunca. Luego de que en 2008 se anunciase con bombos y platillos que el acelerador de partículas más grande jamás construido estaba listo para comenzar a funcionar, una falla lo mantuvo fuera de combate durante casi un año y medio. Por fin, luego de varios meses de arduo trabajo y expectativas contenidas, los ingenieros a cargo de la máquina de 6.000 millones de dólares comprobaron que era capaz de mantener estables los haces de partículas que circulan por su interior. Y no solo eso:ayer se provocaron colisiones en cada uno de sus cuatro detectores, que funcionaron a la perfección. Parece que -por fin- el LHC está nuevamente vivo.     —–>>>  

Impresionante vista del detector CMS

Según los voceros del CERN, dos haces de partículas circularon simultáneamente por el túnel de 27 kilómetros de diámetro del Colisionador de Hadrones. Estos haces, compuestos por protones de baja energía, giraban en sentidos opuestos y pudieron detectarse con éxito sus colisiones. En un comunicado difundido anoche por el Laboratorio Europeo de Física de Partículas, el CERN explicó que cuando se hacen girar haces de partículas en ambos sentidos, sólo es posible hacer que se encuentren en dos puntos específicos del acelerador. Exactamente eso fue lo que se comprobó con éxito en la tarde de ayer. “A primeras horas de la tarde, los haces se cruzaron en los puntos 1 y 5, donde están situados los detectores ATLAS y CMS”. Estos detectores generan una asombrosa cantidad de información sobre las partículas que se generan en cada choque. “Más tarde, los haces se cruzaron en los puntos 2 y 8, donde están los detectores ALICE y LHCb”, señala el comunicado.

El director general del CERN, Rolf Heuer, en referencia a que el Gran Colisionador de Hadrones empezó a funcionar después de 14 meses de reparaciones, declaró que a pesar de todo “es un gran éxito haber recorrido tanto camino en un tiempo tan corto”. Según los datos proporcionados por el CERN, fue el detector ATLAS el que tuvo el honor de registrar el primer choque desde el “reinicio”. A pesar del éxito obtenido, que entusiasma tanto a los científicos como al público en general, Heuer se apura a aclarar que “aún nos queda mucho camino antes de poder empezar el programa de física del LHC”, por lo que antes de encarar definitivamente la búsqueda del predicho pero escurridizo Boson de Higgs se realizarán varios ensayos más destinados a comprobar el funcionamiento de la gigantesca máquina.

El LHC empezó a funcionar después de permanecer 14 meses parado.

Fabiola Gianotti,  científico que tiene a su cargo los comunicados de prensa referidos al detector ATLAS, dice que “se trata de una noticia formidable, es el principio de una era fantástica de física y, esperemos, de descubrimientos. Hemos necesitado 20 años de esfuerzos de la comunidad internacional para construir esta máquina y sus detectores”. Este sentimiento es compartido por los demás integrantes del equipo internacional a cargo de la operación del LHC. Tejinder Virdee, portavoz del CMS, en línea con las declaraciones de Gianotti, dice que “estas primeras colisiones anuncian la segunda mitad de este increíble viaje de descubrimiento de los secretos de la naturaleza”.

“Las huellas [de las colisiones] que observamos son magníficas. Estamos preparados para poder recoger datos en los próximos días”, dijo Andrei Golutvin, a cargo de otro de los detectores. Es indudable que todo el mundo estaba esperando este momento. David Barney, otro de los cientos de físicos que prácticamente viven en los pasillos del LHC declaró: “Es increíble de verdad, no esperábamos poder volver a poner en marcha el LHC tan rápido. Estamos muy contentos, todo parece estar funcionando de forma excelente.” Luego de haber gastado semejante monto de dinero y 20 años de tiempo, las sucesivas fallas del LHC habían puesto bastante nerviosos a buena parte de los físicos. Sin embargo,los ensayos efectuados ayer confirman que el LHC goza de buena salud, y que en breve podremos comenzar a trastear con él. Señoras y señores, cojan sus palomitas de maíz que el espectáculo más grande la física de partículas jamás soñado está por comenzar.

En Pittsburg, Intel Corporation está trabajando seriamente en el desarrollo de implantes cerebrales que les permitan a las personas navegar por Internet, controlar pequeños gadgets y otras acciones concretas que hasta hace pocos años podrían haber sido consideradas como ilógicas e impropias de un ser humano. A pesar de los variados y valiosos implantes que ayudan a muchas personas alrededor del mundo a escuchar mejor o a ver mejor, ¿tú crees que llegará el momento en que con la mente podamos navegar por la Web u operar con facilidad la flamante telefonía móvil sin necesidad de utilizar ninguno de nuestros sentidos?     —–>>>  

El sueño de controlar todo tipo de dispositivos electrónicos que se encuentren a nuestro alrededor es materia de estudio por parte de Intel Corporation, que estima que para el año 2020 ya existirán personas con implantes cerebrales que serán capaces de operar dispositivos tales como teléfonos inteligentes, reproductores de música y hasta sistemas mecánicos elementales.

Intel pretende ingresar a este mercado para 2020

Los científicos están convencidos de que los consumidores se adaptarán rápida y fácilmente a este nuevo concepto así como también estarán muy deseosos de que ese día llegue cuanto antes a sus vidas. De hecho, afirman que ansían la libertad de poder trabajar sin necesidad de un teclado, de un ratón o de cualquier mando a distancia del que tengan que depender para interactuar con el mundo digital. A pesar de que aún queda mucho camino por recorrer y muchos puntos por aclarar en este tema, es bien sabido que Intel ya ha estado haciendo exploraciones en el campo del fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging) tratando de buscar coincidencias entre patrones cerebrales que puedan coordinar pensamientos afines entre sí. Y así, muchos otros centros de investigación han logradopequeños avances en la materia. Toyota, por su parte, ha realizado hace poco tiempo demostraciones con sillas de ruedas movilizadas por ondas cerebrales, mientras que en la Universidad de UTA los científicos están perfeccionando transmisores inalámbricos que permiten que el cerebro de un mono pueda controlar un brazo robótico.

functional Magnetic Resonance Imaging

Miguel Nicolelis, profesor de neurobiología de la Universidad de Duke y uno de los  principales impulsores del proyecto, dijo que los investigadores esperan que su labor resulte útil para ayudar a las personas con deficiencias motoras a que puedan volver a caminar. Un mes antes, un científico de la Universidad de Arizona, informó que había logrado construir un robot que podía ser guiado por el cerebro y los ojos de una polilla. Charles Higgins, un profesor asociado en la universidad, predijo que en 10 a 15 años la gente va a utilizar y familiarizarse con equipos “híbridos” que sean capaces de conjugar una combinación de tecnología electrónica y de tejidos orgánicos vivos.

La idea de avanzar hacia horizontes auxiliares de personas que poseen sus capacidades físicas alteradas es una línea que no dejará de trazarse mientras exista una persona con cualquier grado de minusvalía y/o imposibilidad de manifestarse en plenitud. Por ahora, la ciencia está aún muy lejos de obtener una interfaz de comunicación efectiva con el cerebro humano. Pero si ya está logrando transformar las ondas y señales recuperadas desde nuestra mente en acciones concretas, no existe razón para pensar que no sería posible la creación de un mundo virtual con un amplio espectro de actividad ligada a las ondas cerebrales.

Las personas con dificultades motrices serán las primeras beneficiadas

El vicepresidente de investigación de Intel, Andrew Chien, expresando su opinión sobre el tema, aseguró que la gente jamás imaginó hace 20 años que estaría llevando consigo un ordenador y que éste tendría dimensiones tan reducidas que sería capaz de guardarse en un bolso de mano. “Yo no quiero eso. Yo no necesito eso y no creo que eso algún día suceda”, habrían asegurado entonces. Hoy, la gente que transporta y utiliza ordenadores portátiles constituye una marea creciente, imposible de detener. De hecho, la movilidad y la accesibilidad desde cualquier punto son los conceptos fundamentales que rigen la tendencia a futuro de las comunicaciones interpersonales. Y el público acompaña a las empresas que viajan en esa dirección. Las interfaces de usuario de mayor aceptación en el mercado giran en torno a conceptos tales como la intuición, la utilización de materias orgánicas en su desarrollo y el compromiso que adoptan los fabricantes en torno a la preservación del medio ambiente.

Los desarrolladores de Intel aseguran que si se puede llegar al punto de detectar con precisión ciertas palabras específicas y las reacciones que provocan en el cerebro, se estará a un pequeño paso de aplicar la ingeniería inversa de estimular el cerebro para lograr que emita las órdenes necesarias que una interfaz requiera para escribir. Además, comentaron que cada avance que van sumando ayudará a desarrollar microprocesadores más eficientes. “Si podemos ver cómo lo hace el cerebro, entonces podemos ayudar a construir ordenadores más inteligentes”.

Científicos de la Universidad de California en Los Ángeles han desarrollado un novedoso dispositivo de tamaño nanométrico que atrapa células cancerígenas siguiendo un método similar al del papel pegajoso que se utiliza para capturar moscas.

Se trata de un chip que está recubierto por un metamaterial llamado nanopillar, con el que se ha conseguido reducir el tiempo y aumentar la eficiencia de los diagnósticos. La importancia del invento radica en que ayudaría a detectar a tiempo posibles metástasis, que son la principal causa de muerte en enfermos de cáncer. Por Yaiza Martínez.

Según informa la UCLA en un comunicado las células cancerígenas presentes en la sangre y que se desprenden de los tumores, podrían quedar con este sistema inmovilizadas para su posterior estudio.

Estas células libres son conocidas como células tumorales circulantes (CTCs), y pueden proporcionar una información clave para el diagnóstico de la metástasis del cáncer, determinar el pronóstico del paciente, y ayudar a conocer la efectividad de las terapias aplicadas.

Biopsias líquidas

La metástasis, que es la causa más común de los fallecimientos de los enfermos de cáncer, se produce porque células cancerígenas sueltas abandonan el primer tumor y, circulando por la corriente sanguínea forman nuevas colonias celulares en otras partes del cuerpo.

Actualmente, los controles estándar del estado de los tumores consisten en análisis de muestras de biopsia de tumores sólidos, pero en los estados iniciales de la metástasis a menudo resulta difícil identificar el lugar nuevo donde biopsiar.

Si se pueden capturar las CTCs, los médicos podrían esencialmente realizar biopsias “líquidas”, permitiendo una temprana detección de la expansión de la enfermedad, así como mejorar el control de los tratamientos.

Hasta ahora, se habían desarrollado diversos métodos para rastreas las CTCs, pero el “papel para moscas” de los científicos de la UCLA parece ser más rápido y barato que dichos métodos, además de capturar muchas más células tumorales circulantes que éstos.

Recubierto por un metamaterial

En un estudio publicado por la revista especializada Angewandte Chemie, los científicos de la UCLA explican que el dispositivo consiste en un chip de silicio de entre uno y dos centímetros que está densamente recubierto por un metamaterial conocido como nanopillar.

Los metameteriales son materiales diseñados para poseer propiedades que no se encuentran disponibles en la Naturaleza. Estas propiedades se generan gracias a la estructura de dichos materiales, más que a su composición.

Para probar la efectividad del nanopillar como captor de células, los investigadores incubaron el chip en un cultivo con células de cáncer de pecho.

Al mismo tiempo, se realizó un experimento paralelo con un método de captura celular en el que se utilizó un chip de superficie plana. Ambas estructuras fueron recubiertas con una proteína que podía ayudar a reconocer y a atrapar células tumorales.

Así, se descubrió que la efectividad del chip de nanopillar en atrapar CTCs fue mucho mayor que la del otro chip. Concretamente, este chip atrapó entre un 45 y un 65% de células cancerígenas, mientras que el otro sólo pudo atrapar entre un 4 y un 14%.

Según explica el director de la investigación, Shutao Wang, del Crump Institute for Molecular Imaging de la Escuela de Medicina David Geffen School de la UCLA, el chip de nanopillar capturó más de 10 veces la cantidad de células atrapadas por el otro chip de estructura plana.

Detección en menos tiempo

Esta eficiencia se debe a la superficie única y nanométrica del chip de nanopillar. Estos resultados demuestran que dicha superficie ayudar al chip a interactuar con los componentes de tamaño nanométrico de las superficies de las células presentes en la sangre.

El tiempo requerido para la detección de CTCs utilizando una tecnología actual conocida como CellSearch, aprobada por la Administración de Medicamentos y Alimentos norteamericana, es de entre tres y cuatro horas. Con el chip de nanopillar este tiempo se redujo a sólo dos horas.

El chip de nanopillar se puede además utilizar en incubadoras estándar para cultivos celulares. Una vez que capta las células cancerígenas, se usa un microscopio de fluorescencia para identificar y contar dichas células.

Los científicos esperan que este sistema sirva como alternativa apropiada y eficiente para la detección de CTCs con equipos corrientes de laboratorio.

El próximo paso de la investigación será la realización de pruebas clínicas para comprobar como funciona el chip de nanopillar directamente con sangre de pacientes, e incluso con otros fluidos corporales, como la orina.

Chips anteriores

Ésta no es la primera vez que se usa un chip para registrar la existencia de CTCs en el organismo. El año pasado, el National Institute of Biomedical Imaging and Bioingeneering (NIBIB) de Estados Unidos creó una tecnología microchip para idénticos fines.

Según publicó el NIBIB en un comunicado, el CTC-chip desarrollado puede aislar las CTCs de la sangre entera. Del tamaño de una tarjeta de crédito, este chip contiene miles de puntos terminales microscópicos (micropostes) recubiertos de anticuerpos que se adhieren a la proteína EpCAM, que se encuentra en la superficie de las células en más del 85% de todos los cánceres.

Las pruebas realizadas demostraron que este chip puede detectar CTCs en las muestras de sangre de más del 99% de pacientes con cáncer metastásico.

Por otro lado, en 2007, científicos del Hospital General de Massachusetts, en Estados Unidos, crearon también un microchip de silicio del tamaño de una tarjeta de visita, cuya superficie estaba formada por unos 79 mil orificios recubiertos con un anticuerpo.

Este dispositivo fue probado con 68 pacientes con cáncer avanzado de pulmón, próstata, mama, páncreas y colon. De los 116 análisis realizados, el chip identificó células circulantes en 115 casos, según publicó entonces la revista Nature.

iNetWorks.wordpress.com, Funente: tendencias21

Lo peor que te puede pasar es haber comprado los snacks, la gaseosa o cerveza, poner el DVD o Blu-ray y, cuando vas a darle al botón del play del control remoto, no funcione. Lo presionas más fuerte y sigue funcionar. Le pegas contra la pared un poco (no tanto por miedo a romperlo) y nada hasta que te das cuenta que lamentablemente te quedaste sin baterías. OMG!No te preocupes, en ese momento te despiertas y la pesadilla termina.

Bueno, desde los laboratorios de NEC y Soundpowernos llega un control remoto que no necesitará baterías nunca y cuando digo nunca es absolutamente nunca, ya que tomará la energía de tu cuerpo.

Esto quiere decir que cada vez que vayas a presionar cualquiera de los botones el aparato succionará la energía de tu cuerpo y la utilizará para funcionar. Obviamente lo que ven en la fotografía no es más que un prototipo y el producto final, si alguna vez en la vida lo presentan, será con un diseño más bonito (al menos eso espero).

Supuestamente la tendremos con nosotros en el 2011. Esperemos que no se atrase porque realmente vale la pena.

El grafeno es una capa monoatómica de carbono. La rugosidad de esta capa plana de átomos depende del substrato sobre el que se coloque. Ciertas propiedades electrónicas y químicas del grafeno depende de la presencia de estas rugosidades (ondulaciones). Un estudio publicado en Nature ha demostrado que la deposición de grafeno sobre una superficie de mica produce unas rugosidades mucho más pequeñas que su deposición sobre óxido de silicio (SiO2). Para ello han utilizado un microscopio de fuerza atómica (AFM) de alta resolución. Más aún, sobre mica las rugosidades son menores de 25 picómetros. Teóricamente es imposible lograr un grafeno más plano, es decir, sobre mica se suprimen todas las posibles rugosidades. Este tipo de grafeno ultraplano permitirá estudiar en detalle el impacto de las rugosidades sobre las propiedades físicas del grafeno. Las figuras que abren esta entrada muestran el histograma de alturas de las rugosidades observadas con el microscopio de fuerza atómica, así como las superficies correspondientes. Figuras que se aclaran a sí mismas. Los interesados en más detalles pueden recurrir al artículo técnico de Chun Hung Lui, Li Liu, Kin Fai Mak, George W. Flynn, Tony F. Heinz, “Ultraflat graphene,” Nature 462: 339-341, 19 November 2009. Muchos foros se han hecho eco de este interesante artículo, como John Matson, “Ultrathin, Now Ultraflat: Ripple-Free Graphene May Hold Key to Material’s Mysteries,” Scientific American, November 18, 2009.

Fabricar un diodo tipo PN con un solo nanotubo de carbono es algo que requiere mucha habilidad técnica y muchos años de experiencia. Aún así, merece la pena. Dicho dispositivo, fabricado por primera vez en 2005, se comporta como un diodo casi ideal y ahora se ha descubierto que emite luz por electroluminiscencia cuando se le aplica una corriente de nanoamperios con una disipación de potencia muy baja, lo que augura un gran número de aplicaciones el día en que sea fácil fabricar este tipo de dispositivos. Basta recordar que los LED ya los tenemos hasta en los semáforos.

El nuevo diodo LED y una explicación de su funcionamiento aparecen en el artículo técnico de Thomas Mueller, Megumi Kinoshita, Mathias Steiner, Vasili Perebeinos, Ageeth A. Bol, Damon B. Farmer & Phaedon Avouris, “Efficient narrow-band light emission from a single carbon nanotube p–n diode,” Nature Nanotechnology, Published online 15 November 2009.

La figura de arriba (a) muestra el esquema físico del nuevo LED de nanotubos de carbono. La parte (b) muestra las características eléctricas de este diodo, casi ideales. Se comporta como un diodo rectificador cuando la tensión VGS1 = -8 V y VGS2 = +8 V (línea roja). Para una polarización en inversa se comporta como un resistencia tipo P, cuando VGS1 = VGS2 = -8 V (línea verde a trazos). La parte (c) de la figura muestra la estructura en bandas del diodo de un nanotubo cuando VDS > 0. Los electrones y los huecos son inyectados en la región de recombinación donde se produce el efecto de radiación luminosa que caracteriza su comportamiento como LED. Por ahora, este diodo emite sólo en el infrarrojo cuando el dispositivo se opera como diodo (VGS1 = -8 V, VGS2 = +8 V). Por supuesto, no se observa emisión alguna cuando opera como resistencia no lineal (VGS1 = -8 V, VGS2 = -8 V).

El espectro de electroluminiscencia del diodo de nanotube se muestra en la figura de la derecha para diferentes valores de la corriente puerta-drenador (IDS) medida en nA (nanoamperios). Para obtener esta figura se ha aplicado VGS1 = -9 V y VGS2 = +9 V. Para corrientes altas (unos 230 nA) el espectro se aproxima a una curva gaussiana y para corrientes bajas a la suma de varias gaussianas. El pico de emisión más fuerte, marcado con X, es debido a la emisión de los excitones en el dispositivo. El pico más débil, marcado con LX, de menor energía, se cree que es debido a una emisión de excitones localizados, aunque se explicación teórica es menos clara.

En resumen, un diodo fabricado con un sólo nanotubo puede emitir luz por electroluminiscencia cuando se le aplica una corriente muy débil (del orden de los nanoamperios), lo que permite reducir la disipación de potencia en los diodos LED en un factor de hasta 1000. El nuevo diodo LED es una fuente de luz que podrá ser utilizada para fabricar nuevos láseres fríos que podrán tener importantes aplicaciones prácticas cuando se domine la fabricación en serie de este tipo de dispositivos.

Levantamento realizado pelo Project on Emerging Nanotechnologies e encaminhado à Comissão de Segurança de Produtos ao Consumidor dos EUA revelou que o número de produtos baseados em nanotecnologia e destinado ao público consumidor já ultrapassa os mil itens. A entidade informa que estes números podem estar subestimados, na medida em que diversos fabricantes omitem o emprego de nanotecnologia em seus produtos.  A preocupação fica por conta da fraquíssima regulação a que são submetidos produtos baseados nesta tecnologia emergente.

Isto nos Estados Unidos.

E no Brasil?

Quando o inventário administrado pela PEN foi lançado em março de 2006, eles eram apenas 212.

Algumas curiosidades mostradas pelo levantamento:

• Os produtos são provenientes de cerca de 500 empresas distribuídas por mais de 20 países.
• Graças ao comércio eletrônico têm ultrapassado as barreiras geográficas, sem maior fiscalização ou controle.
• Uma grande quantidade deles é  fabricada na China e na Coréia.
• A substância mais frequentemente neles empregada é a prata, principalmente como antimicrobiano.
• Produtos destinados ao público infantil estão sendo cada dia mais produzidos, lançando séria preocupação sobre seus eventuais efeitos nocivos.
• Os órgãos fiscalizadores são incompetentes para controlar esta indústria. Há pouquíssimos estudos sobre a sua segurança.

A íntegra do relatório você encontra aqui (em inglês)

Desde hace unos años, un equipo de investigadores de la compañía estadounidense General Electric (GE) y encabezados por Joseph Vinciquerra, ha estado investigando con nanotecnología para comprender el comportamiento de los materiales superhidrofóbicos. La principal utilidad es la de llegar a crear superficies que no generen hielo bajo ciertas condiciones climáticas.

Bajo el término superhidrofóbicos, englobamos materiales que repelen agua. De manera parecida a cómo actúan los tejidos que transpiran sin dejar transpasar la humedad, estos materiales pueden ser de gran utilidad en aerogeneradores, turbinas de aeronaves, etc. que mantienen un claro contacto con agua y/ó se emplean en zonas áltamente húmedas y a baja temperatura, formando hielo en dichas superficies.

En una pala de un aerogenerador que trabaja a una altura media de 60 m desde la base, una capa de hielo puede provocar un aumento de la componente aerodinámica de arrastre, reduciendo así la eficiencia de la máquina. En el caso de las turbinas de aviones que vuelan a 10.000 m, la ingeniería ha conseguido dar soluciones a este problema pero todas pasan por reducir la eficiencia del motor. Pero, ¿y si pudiéramos instalar estas nano-capas en dichos elementos, repeliendo así el agua y por tanto la formación del hielo? Si, de esta manera, consiguiéramos eliminar los complejos sistemas para eliminación intensiva de hielo, daríamos con un gran aumento en la eficiencia global de estos equipos.

Este equipo de investigadores ha recreado las condiciones atmosféricas típicas en las que se da el crecimiento de sucesivas capas de hielo, y así probar lo que ellos llaman “superhydrophobic materials”. Han creado un programa de ensayos en túneles de viento que les permita experimentar los diversos comportamientos de estos materiales. Además, han conseguido reunir un gran número de ambientes y exposiciones tales como erosión por arena a alta velocidad de transporte, alta exposición UV, etc. para poder comprobar que estos materiales son suficiéntemente robustos para el “mundo real”. Con todas estas herramientas y un equipo humano formado por químicos, ingenieros de materiales, ingenieros mecánicos y aeroespaciales, han conseguido un sustancial progreso a estas nuevas capas que no solo poseen una reducida resistencia de adhesión de las capas de hielo formado, si no que resisten también las inclemencias del ambiente en servicio.

En el video que se puede ver en su página, enfrentan dos muestras en un tunel de viento con crecimiento de hielo. El especimen de la izquierda esta fabricado en titanio y el de la derecha, en aleación de aluminio con una fina capa superficial de uno de los materiales investigados.  Al comienzo del video, se puede observar cómo se va formando una capa creciente de hielo en ambos perfiles tras sucesivas rachas de aire. Mientras el espesor va aumentando, los especímenes rotan a la vez que el flujo sigue impactando sobre ellos. Al final, la muestra protegida  se desprende fácilmente del hielo formado.

En este ejemplo, la fuerza que provoca el desprendimiento de la capa helada es de tipo convectivo (aire circulante), pero la principal baza es que no ha sido necesario ningún otro tipo de aporte energético suministrado por algún sistema auxiliar (calor, etc…). Mientras los resultados hablan ya de grandes posibilidades para estos nano-materiales, éste equipo de investigadores siguen trabajando para encontrarle aplicación a estos productos, basándose en principios similares.

Joseph Vinciquerra es jefe de proyectos de integración mecánica y operaciones de laboratorio en el Centro de Investigación Global de la compañía General Electric, en  Niskayuna, Nueva York.

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La manipulación óptica de objetos mecánicos aprovecha que la luz tiene un momento y puede producir una fuerza. Se requieren objetos micromecánicos cuya masa sea del orden de los nanogramos. Investigadores de la Universidad de Cornell, New York, han demostrado el efecto de fuerzas ópticas repulsivas y atractivas sobre un resonador micromecánico formado por dos ruedas (anillos) de 30 micrómetros de diámetro y 190 nanómetros de grosor. Se han observado deformaciones mecánicas de hasta 20 nanómetros utlizando un láser de 3 mW (milivatios). Me llama mucho la atención las fotos por microscopio electrónico de este tipo de estructuras mecánicas en la escala de micras, con finos detalles de pocas décimas de micrómetro. Cuando además responden a una excitación óptica parece casi mágico. Un artículo técnico de fácil lectura (salvo la información suplementaria que es algo más técnica) de Gustavo S. Wiederhecker, Long Chen, Alexander Gondarenko, Michal Lipson, “Controlling photonic structures using optical forces,” Nature advance online publication 15 November 2009.

Los dos anillos de la figura están fabricados mediante litografía de haces de electrones con nitruro de silicio (Si3N4), que posee un índice de refracción óptico relativamente bajo (2.0). Ambos anillos están separados por 640 nm. y resuenan ante una excitación óptica (luz láser) centrada a 1493 nm. Esta luz logra que oscilen los dos anillos de forma simétrica (fuerza atractiva) y antisimétrica (fuerza repulsiva). El esquema del experimento (figura abajo izquierda) muestra que dos haces láser, uno de bombeo (pump) y otro de prueba (probe), son acoplados y dirigidos hacia el dispositivo micromecánico. Para medir el efecto, la luz reflejada en el dispositivo es filtrada para eliminar la señal de bombeo y el resultado excita un fotodiodo (PD). Los resultados obtenidos (figura arriba centro y derecha) muestran la resonancia simétrica (círculos azules) y antisimétrica (círculos rojos) conforme el haz láser de bombeo es sintonizado a las respectivas resonancias.

Como seguramente ya habréis notado en este blog, le tengo cierto “cariño” a las microfotografías de dispositivos micromecánicos y a la fotónica en sentido amplio. Un gran trabajo experimental que no he querido dejar pasar sin mostrároslo.

El grafeno (una lámina monoatómica de grafito, átomos de carbono) sigue sorprendiendo a los físicos por sus asombrosas propiedades electrónicas. Dos artículos publicados en Nature han observado el efecto Hall cuántico fraccionario en grafeno, por el que los electrones se comportan como si tuvieran carga fraccionaria, como cuasipartículas que fueran “trozos” de electrones. La interacción entre electrones en un sólido produce un campo efectivo que se interpreta como cuasipartículas con propiedades exóticas. Los electrones en un medio bidimensional plano al que se le aplica un campo magnético fuerte, con cierto ángulo respecto a dicho plano, se comportan como cuasipartículas con una carga fraccionaria, el llamado efecto Hall cuántico fraccionario, observado en experimentos en 1982 por Daniel Tsui y Horst Störmer en heteroestructuras semiconductoras ultrapuras (estructuras formadas por capas alternas en forma de sandwich). Nos lo cuenta Alberto F. Morpurgo, “Condensed-matter physics: Dirac electrons broken to pieces,” News & Views, Nature 462: 170-171, 12 Nov. 2009, que se hace eco de los artículos técnicos de Xu Du, Ivan Skachko, Fabian Duerr, Adina Luican, Eva Y. Andrei, “Fractional quantum Hall effect and insulating phase of Dirac electrons in graphene,” Nature 462: 192-195, 12 Nov. 2009, y Kirill I. Bolotin, Fereshte Ghahari, Michael D. Shulman, Horst L. Stormer, Philip Kim, “Observation of the fractional quantum Hall effect in graphene,” Nature 462: 196-199, 12 Nov. 2009.

En la presencia de un campo magnético los electrones están sometidos a la fuerza de Lorentz que curva su trayectoria en la dirección perpendicular a las del campo aplicado y su velocidad. Estos electrones son desviados y se acumulan en los bordes del material, generando un campo eléctrico que compensa exactamente la fuerza de Lorentz. El voltaje que resulta genera una resistencia eléctrica llamada de Hall, descubierta en 1879, que crece conforme crece el campo magnético aplicado. Un siglo después se descubrió que en un conductor plano (bidimensional) la dependencia de la resistencia con el campo aplicado es más complicada, presenta una serie de escalones (plateaux), debidos al comportamiento cuántico de los electrones en el campo magnético, los niveles de energía de Landau, el llamado efecto Hall cuántico (Premio Nobel de Física de 1985 para el alemán Klaus von Klitzing). En el centro del conductor, los niveles de Landau están separados por bandas prohibidas, pero en los bordes están curvados de forma que definen un canal por el cual los electrones se pueden propagar en una única dirección. Los lectores de Investigación y Ciencia pueden recurrir a Klaus von Klitzing, “El efecto Hall cuántico,” IyC 116, mayo 1986, o la recopilación de artículos de Física del Estado Sólido editada en 1993 por la misma editorial, Prensa Científica.

El efecto Hall cuántico se observa en materiales a muy baja temperatura. Sin embargo, en el grafeno dicho efecto también se observa a temperatura ambiente (descubierto en 2005) siendo el responsable de sus propiedades como semiconductor y dando lugar a las aplicaciones electrónicas del grafeno. Más aún, los niveles de Landau están indexados por un número entero, pero en ciertos materiales se observa que aparecen niveles indexados por un número no entero, se trata del efecto Hall cuántico fraccionario. En estos materiales la unidad de carga más pequeña no es el electrón, sino una fracción del electrón. Se ha observado que los electrones en el material se rompen en trozos, unas cuasipartículas de carga fraccionaria. Estas cuasipartículas exóticas tienen propiedades cuánticas muy curiosas que han sido demostradas experimentalmente. El material ideal para observar dichas propiedades y utilizarlas en aplicaciones es el grafeno.

El descubrimiento de que en el grafeno también se puede observar el efecto Hall cuántico fraccionario a temperaturas altas (aunque todavía no a temperatura ambiente, ya que se ha podido observar sólo a 20 K), es un gran avance (es una temperatura 100 veces superior a la de otros materiales). El dispositivo utilizado requiere suspender una tira de grafeno de unas pocas micras entre dos contactos de forma que los efectos del substrato no impidan observar el efecto Hall cuántico fraccionario. El resultado ha sido la observación de cuasipartículas con una carga de 1/3 la carga del electrón. Ahora los investigadores tendrán que caracterizar las funciones de onda de estas cuasipartículas y comprobar si corresponden a lo predicho para la teoría en función de la ecuación de Dirac para los electrones. Una posibilidad es aprovechar que el grafeno es plano para utilizar el microscopio de efecto túnel y visualizar dichas funciones de onda de carga fraccionaria directamente.

Por ahora las aplicaciones de este descubrimiento se limitarán al campo teórico, donde muchas cosas quedan aún por corroborar y descubrir en este interesante campo científico. Las aplicaciones prácticas que podrán tener estos descubrimientos son ahora difíciles de imaginar, pero haberlas las habrá.