IBM logra avances muy prometedores para la nanoinformática

Imaginemos la posibilidad de almacenar unas 30.000 películas en un dispositivo del tamaño de un iPod. Según un artículo publicado esta semana por Reuters, científicos de IBM afirman estar cerca de algo similar tras haber averiguado cómo guiar átomos individuales de modo que puedan crear piezas para dispositivos de almacenamiento ultra pequeños.

Entender y manipular el comportamiento de los átomos es fundamental para aprovechar el poder de la nanotecnología. "Una de las propiedades más básicas que posee todo átomo es que se comporta como un pequeño imán", señaló Cyrus Hirjibehedin, científico del Centro de Investigación Almaden de IBM establecido en San Jose, California. "Si logramos mantener esa orientación magnética estable en el tiempo, podremos utilizarla para almacenar información. Así es como funcionan los discos duros".

"Lo que intentamos entender es cómo funciona esta propiedad fundamental para un solo átomo", añadió.

Hirjibehedin y su colega Andreas Heinrich estudiaron esta propiedad, conocida como anisotropía magnética, en átomos individuales de hierro, utilizando un microscopio especial desarrollado en IBM. "Hemos logrado observar un átomo de hierro sobre una superficie de cobre y cambiar su orientación magnética", señaló Heinrich.
Ahora, lo que buscan es un átomo que se mantenga estable con el paso del tiempo. "Tenemos algunas ideas, pero realmente no sabemos cuáles funcionarán", señaló Hirjibehedin.

Mientras tanto, otros colegas de IBM en Zurich, Suiza, han descubierto un modo de manipular las moléculas para actuar a modo de switch, una función básica necesaria en la lógica computacional. Los investigadores estaban evaluando la vibración de un amolécula cuando observaron que ésta presentaba distintas habilidades de conmutación.
Según Heinrich, este descubrimiento es especialmente importante porque la acción de conmutación no altera la estructura de la molécula.

Los conmutadores (switches) utilizados en el interior de los chips informáticos funcionan como un interruptor de la luz, activando y desactivando el flujo de electrones que en última instancia contituyen los circuitos eléctricos de los procesadores.

Los conmutadores moleculares se podrían utilizar para almacenar información, pudiendo dar lugar a chips informáticos super diminutos y ultra rápidos.
Los dos descubrimientos, publicados en la revista Science, sentarán las bases de los futuros dispositivos, sobre los cuales los científicos de IBM no han querido especular.

Fuente: Reuters

Se desarrolla resonador nanoscópico

Unos nanoresonadores forman una diminuta puerta lógica

Según un artículo publicado este mes en la versión en línea de NewScientist, investigadores estadounidenses han desarrollado un “resonador” nanoscópico que podría formar las piezas de las puertas lógicas en el interior de ordenadores electromecánicos.

Sotiris Masmanidis, del California Institute of Technology en Pasadena, y sus colegas sugieren que los ordenadores construidos a partir de componentes electromecánicos a nanoescala podrían ser más eficaces y robustos que los ordenadores puramente electrónicos.

El resonador consiste en un trozo de cristal de arseniuro de galio de 4 micrómetros de largo, 0,8 micrómetros de ancho y 0,2 micrómetros de fondo, unido a una baso. Un lado de la barra de cristal está dopado para ofrecer electrones extra, mientras que al otro le faltan.

Cuando se aplica a la barra un voltaje de corriente alterna (CA), se forma un campo eléctrico en el centro de la misma. Se produce entonces un efecto piezoeléctrico, que hace que el cristal de arseniuro de galio se deforme. Si el voltaje de CA tiene la frecuencia adecuada, la barra resonará, vibrando como una barra de metal tras recibir un golpe.

En los experimentos bastó con un voltaje de 5 nanovoltios (el equivalente a la carga de un solo electrón) para accionar el dispositivo.

El resonador se puede “ajustar” también aplicando un voltaje de corriente continua (CC). El voltaje de CC hace que lo que se conoce como capa de agotamiento (la zona más resistente en el centro de la barra) oscile ligeramente hacia la parte superior o inferior de la barra.

Dado que es esta zona resistente la que es sensible al efecto piezoeléctrico, su variación cambia el modo en que la barra vibra en respuesta al voltaje de CA. El voltaje de CC puede garantizar que el resonador responde a la frecuencia deseada o también se puede utilizar para encenderlo y apagarlo.

Según los investigadores, estos resonadores se podrían utilizar finalmente para fabricar dispositivos lógicos nanoscópicos. Para demostrarlo, cogieron dos barras y las colocaron en forma de "L". Cuando hicieron pasar una corriente alterna por cada una de las barras, todo el dispositivo resonó a una frecuencia concreta. En cambio, cuando hicieron pasar la corriente por ambas barras las vibraciones se anularon entre sí.

El dispositivo funciona, por tanto, como una puerta lógica.

Según Miles Blencowe, físico del Dartmouth College, en Hanover, New Hampshire (EEUU), en teoría una puerta lógica de este tipo podría ser mucho más eficaz que una hecha de componentes electrónicos, dado que requeriría menos energía y liberaría menos calor. Sin embargo, para hacer realidad este objetivo, señala Blencowe, el siguiente paso es averiguar cómo volver a transformar las señales de alta frecuencia de cada resonador en una señal electromagnética que se pueda transmitir a otro dispositivo, con el fin de formar un circuito lógico más amplio.

Fuente: New Scientist

Utilizar grafeno para multiplicar una frecuencia

Según un artículo publicado esta semana en nanotechweb.org, nuevos cálculos realizados por un físico alemán a puntan a que el grafeno podría funcionar como dispositivo no lineal intrínsecamente fuerte o “multiplicador de frecuencia”. Esto significa que el material, descubierto en el 2004, se podría utilizar para producir radiaciones en el rango de frecuencia de los terahertzios irradiándolo con frecuencias de acceso más sencillo, como las microondas.

El grafeno, una lámina bidimensional de carbono de tan solo un átomo de grosor, fue elaborada hace tres años por Andre Geim y sus colegas de la Universidad de Manchester y del Instituto de Tecnología Microelectrónica de Chernogolovka, Rusia.

El material está hecho de grafito, la forma de carbono que se utiliza en los lápices, y presenta algunas propiedades físicas inusuales, entre las que se incluye el hecho de que los electrones del material se comportan como partículas relativistas que no tienen masa en reposo y viajan a unos 106m/s. Aunque esto es unas 300 veces más lento que la velocidad de la luz en el vacío, todavía es mucho más rápido que la velocidad de los electrones en un conductor normal.

Ahora, Sergey Mikhailov, de la Universidad de Augsburg, ha predicho que cuando se irradia el grafeno con ondas electromagnéticas, éste emite una radiación con una resonancia armónica de mayor frecuencia, pudiendo ser utilizado, por tanto, como multiplicador de frecuencia. En otras palabras, si irradias la muestra con una cierta frecuencia de luz, ésta reflejará luz de una frecuencia superior.

Esta "transformación de frecuencia" se podría utilizar para producir radiación a frecuencias para las que no existen fuentes apropiadas. Por ejemplo, es difícil producir frecuencias por encima de los 100GHz y hasta 1–10THz (1012Hz, la también conocida como la brecha de los terahertzios). Por el contrario, existen numerosas fuentes de radiación de microondas para frecuencias por debajo de los 100GHz. Los científicos podrían, por tanto, "multiplicar" las frecuencias de las microondas utilizando un dispositivo no lineal, como el grafeno, para producir radiación en el intervalo de los terahertzios, señala Mikhailov en su trabajo publicado en la revista Europhysics Letters.

Estas fuentes de radiación de terahertzios se podrían aplicar en muchos campos, como la seguridad y la defensa, la medicina, la astronomía y la investigación biológica.

La radiación de los terahertzios penetra en muchos materiales (excepto los metales) y, por tanto, se puede utilizar para "ver" a través de paquetes y bultos en los aeropuertos, por ejemplo. "En medicina se podría utilizar para obtener imágenes de tumores cancerosos y realizar un pronto diagnóstico de la enfermedad", señala Mikhailov. Los astrónomos también están interesados en la radicación de terahertzios debido a que el fondo cósmico de microondas, originado en el Big Bang, incluye un componente de terahertzios.

Fuente: Nanotech Web Org

Batería de papel

Convierten papel en una fuente de energía con nanotubos

Según un artículo publicado esta semana en Newscientist.com, científicos estadounidenses han desarrollado una nueva fuente de energía a partir de papel impregnado con nanotubos de carbono. Los investigadores afirman que este papel, que se puede doblar, enrollar, etc.; se podría utilizar en dispositivos electrónicos flexibles.

La fuente de energía (supercondensador y batería híbrida) ha sido desarrollada por investigadores del Rensselaer Polytechnic Institute, de Troy, Nueva York. Un condensador es como una batería, salvo por el hecho de que, en lugar de depender de una reacción química para almacenar y liberar energía, permite que la carga eléctrica se acumule en una serie de discos conductores separados por un aislante.

Los condensadores convencionales no pueden almacenar mucha energía, pero los investigadores han empezados a investigar con “supercondensadores”, en los que utilizan nanotubos de carbono como electrodos. La amplia superficie de estos nanotubos puede almacenar una cantidad de carga relativamente elevada.

Para lograr que los supercondensadores de nanotubos sean flexibles, Victor Pushparaj y sus colegas cultivaron primero los nanotubos sobre un sustrato de silicio por medio de una reacción química de deposición de vapor. A continuación, disolvieron una mezcla de cloruro y celulosa vegetal y la extendieron entre los nanotubos. Tras despegar el conjunto del sustrato de silicio, lo dejaron sobre un trozo de papel de unas cuantas decenas de micrómetros de grosor, de modo que los nanotubos de carbono se adhirieron a un lado.

Para crear el supercondensador, se pegaron dos hojas de este papel con los nanotubos hacia fuera, recubriendo ambas caras con papel de aluminio como en los colectores actuales. Al aplicar una corriente, el papel almacenó la carga, sirviendo los nanotubos de electrodos y la celulosa de aislante.

Posteriormente, los investigadores utilizaron un método similar para crear una batería flexible. Utilizaron un trozo de papel con nanotubos de carbono como cátodo y evaporaron una capa de litio sobre la otra cara para que hiciese de ánodo. Una vez más lo envolvieron con papel de aluminio, que sirvió como colector de corriente.
Por último, distribuyendo por capas los supercondensadores y las baterías de ion-litio, crearon un dispositivo híbrido en el que se podrían utilizar las baterías para cargar los supercondensadores.

Sin embargo, los supercondensadores y baterías del experimento no todavía no tienen la suficiente densidad de energía como para competir con las baterías convencionales, por lo que Pushparaj señala que el próximo paso será desarrollar diferentes fórmulas de celulosa y electrolitos que incrementen su capacidad de almacenamiento.

Para Joel Schindall, ingeniero eléctrico del MIT, en Boston, EEUU, este trabajo constituye un "desarrollo prometedor", aunque señala que todavía hay que superar algunas dificultades de coste y fiabilidad.

Fuente: New Scientist

El ácido bórico para aumentar la eficacia de los aceites de motor

Según un artículo publicado esta semana en nanowerk.com, la clave para salvar el medioambiente, mejorar nuestra economía y reducir nuestra dependencia de las importaciones de petróleo podría estar en el cajón de las medicinas del hogar.

Científicos del Argonne National Laboratory del Departamento de energía de los EEUU han empezado a combinar partículas infinitesimales de ácido bórico, conocidas en un principio como suave antiséptico y limpiador de ojos, con tradicionales aceites de motor, con el fin de mejorar su lubricidad y aumentar, por tanto, su eficacia energética.

Ali Erdemir, científico senior de la Energy Systems Division de Argonne, se ha pasado cerca de 20 años estudiando las propiedades lubricantes del ácido bórico. En 1991, recibió un “R&D 100 award”, el equivalente a los premios Oscar de la tecnología, por mostrar que las partículas microscópicas del ácido bórico podían reducir considerablemente la fricción entre las piezas de los motores de los automóviles.

Impulsado por la convicción de que podía convertir el ácido bórico en un lubricante aún mejor, Erdemir continuó la búsqueda de la última frontera: un material de fricción cero. Vislumbrando el potencial de la nanotecnología, Erdemir redujo el grosor de las láminas de ácido bórico hasta diez veces y se quedó asombrado con su comportamiento. A continuación, redujo el tamaño de las partículas a 50nm de diámetro, algo que resolvió una serie de antiguos problemas y abrió nuevas posibilidades.

En pruebas anteriores, su equipo había combinado unas partículas de ácido bórico de mayor tamaño con polialfaolefina pura, principal ingrediente en muchos aceites de motor sintéticos. Aunque estas partículas, mejoraron considerablemente la lubricidad del aceite puro, en unas semanas la gravedad había empezado a separar la mezcla. En cambio, utilizando partículas más pequeñas, Erdemir creó una suspensión estable de ácido bórico en aceite de motor.

En pruebas de laboratorio, estas nuevas suspensiones de ácido bórico han reducido hasta dos tercios la cantidad de energía liberada en forma de calor por la fricción. Las consecuencias en el ahorro de combustible no son difíciles de imaginar, señaló Erdemir. "Estamos hablando de una reducción en el consumo de combustible de alrededor de un 4% o un 5%", añadió. "En un día se consumen millones de barriles de petróleo, por lo que si se pudiera reducir esa cifra aunque fuese tan solo un 1%, el impacto económico sería enorme".

Según Erdemir, Argonne está negociando actualmente con fabricantes de lubricantes y materiales para llevar la tecnología del ácido bórico al mercado. Aunque estos nuevos aditivos todavía tienen que pasar una serie de pruebas medioambientales y de seguridad, es probable que estén disponibles en dos años.

Fuente: Nanowerk

Difusión de la nanotecnología con videojuegos

FEI promociona la nanotecnología con Videojuegos

Según un artículo publicado esta semana en Azonano.com, la empresa FEI cuenta con la serie de videojuegos NanoMission que consta de dos módulos “NanoScaling” y “NanoImaging”, como parte de una innovadora solución para atraer a los estudiantes a las carreras de ciencias, ilusionando a los jóvenes jugadores a medida que se aventuran en el asombroso mundo de la nanoescala.

La serie la ha producido la empresa londinense PlayGen, fundada por expertos del sector de los juegos en el 2001 para educar y entretener a través de entornos interactivos basados en la ciencia real.

“Nuestro principal objetivo con NanoMission es ilusionar a los niños en el mundo de las nanociencias y sus posibilidades”, explica Kam Memarzia, director de PlayGen. “Utilizamos mecánicas de juego existentes para estimular en los jugadores el sentimiento de descubrimiento e involucrarlos de forma activa en intentar entender mejor el mundo de la nanotecnología a través de un entorno motivador y divertido”.

El juego NanoScaling permite a los jugadores visualizar y entender las relaciones espaciales entre objetos que van desde giga metros (el diámetro del sol) hasta los pico metros, el diámetro de un átomo de hidrógeno.

El segundo juego de la serie, NanoImaging, envía a los jugadores a una emocionante misión para obtener imágenes (utilizando un microscopio electrónico de barrido o tecnología SEM), identificar y destruir peligrosos organismos que están destruyendo ríos y lagos.

El tercer juego de la serie, NanoMedicine, lleva a los jugadores a una aventura a nanoescala a través del cuerpo humano para eliminar células cancerosas sin dañar el tejido sano. En el camino hay que evitar a millones de glóbulos rojos y anticuerpos.

Los juegos de la serie NanoMission, incluida una versión preestreno de NanoMedicine, se pueden descargar gratuitamente en la Web de FEI: http://www.fei.com/nanogames.

Fuente: Azonano

Nuevos tejidos inteligentes

Tejidos ‘inteligentes’ con biosensores integrados que monitorizan el ritmo respiratorio y la temperatura corporal en tiempo real

Según un artículo publicado este mes en ScienceDaily.com, utilizando un semiconductor orgánico, investigadores en ingeniería eléctrica de la Universidad de Arkansas han fabricado y probado dos biosensores similares, auque ligeramente diferentes. Integrados en tejidos “inteligentes” –ropa con tecnología wireless–, los sensores podrán monitorizar el ritmo respiratorio y la temperatura corporal de un paciente en tiempo real, lo que permitirá a los profesionales de la salud realizar diagnósticos in situ y dará mayor libertad a los pacientes.

“Intentamos llevar las pruebas de diagnóstico fuera del laboratorio, directamente a donde se encuentra el paciente”, señala Taeksoo Ji, profesor ayudante de ingeniería eléctrica. “Aunque se han cosechado algunos éxitos en relación con esta inicativa en los últimos diez años, los materiales tradicionales no valen para fabricar sensores de gran alcance y bajo coste. Las ventajas de los semiconductores orgánicos permitirán a los fabricantes producir dispositivos ligeros, flexibles y que se pueden integrar con facilidad en aplicaciones biomédicas como tejidos y chalecos inteligentes”.

Los investigadores Ji y Soyoun Jung, estudiante de postgrado en ingeniería eléctrica bajo la dirección de Vijay Varadan, Profesor Distinguido en ingeniería eléctrica, trabajaron con pentaceno (una molécula de hidrocarburo) y con nanotubos de carbono para desarrollar los dos tipos de sensores: uno de temperatura y otro de esfuerzo. La adición de los nanotubos de carbono al pentaceno incrementa la sensibilidad de los sensores. Como semiconductor orgánico, el pentaceno es eficaz y fácil de controlar. Los dos sensores se fabricaron directamente sobre sustratos poliméricos flexibles.

El sensor de esfuerzo, que monitoriza el ritmo respiratorio, consiste en un puente de Wheatstone, un instrumento que mide resistencias eléctricas desconocidas, y la delgada lámina de pentaceno que actúa como capa de detección. El sistema funciona cuando un esfuerzo fisiológico, como la respiración, origina una deformación mecánica del sensor, que afecta a la resistencia de la corriente eléctrica. Los investigadores observaron que cuanto más pequeño era el sensor, más sensible se mostraba a las variaciones de corriente.

En cuanto al sensor de temperatura, los investigadores utilizaron lo que se conoce como un transistor de película delgada, un tipo especial de transistor que deposita semiconductores de película delgada sobre sustratos. El transistor de película delgada permitió a los investigadores observar la corriente eléctrica en respuesta lineal a los cambios de temperatura. Y lo más importante: fue en las áreas de voltajes inferiores donde la corriente mostró mayor sensibilidad a los cambios de temperatura.

El éxito de esta investigación resulta prometedor para los pacientes cuyos signos vitales han de ser monitorizados continuamente. Según Varadan, los sensores y redes inalámbricas se pueden integrar en prendas de ropa, como las camisetas de ropa interior. Con esta tecnología, el tejido inteligente puede monitorizar los signos vitales y recoger y enviar los datos a una estación central de información en tiempo real. A partir de esta información es posible detectar, de forma inmediata, cualquier anomalía fisiológica, lo que permitirá a los médicos empezar el tratamiento o prevenir enfermedades antes de que los problemas alcancen un estado agudo.

Fuente: Science Daily

Efecto cuántico en nanocristales de silicio

Según un artículo publicado esta semana en SmallTimes.com, investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (National Renewable Energy Laboratory o NREL) del Departamento de Energía de los EEUU, en colaboración con Innovalight, afirman haber encontrado un nuevo e importante efecto llamado MEG (Multiple Exciton Generation) que tiene lugar de forma eficaz en los nanocristales de silicio. El resultado es la formación de más de un electrón por fotón absorbido.

El silicio es el material semiconductor predominante actualmente en las células solares y representa el 93% del mercado de las células fotovoltaicas. Hasta este descubrimiento, las investigaciones apuntaban a que el efecto MEG tenía lugar únicamente en nanocristales (también llamados puntos cuánticos) de materiales semiconductores que no se utilizan actualmente en las células solares presentes en el mercado, y que contienen materiales dañinos para el medioambiente (como el plomo). Los nuevos resultados abren la puerta a una posible aplicación de este efecto para mejorar considerablemente la eficacia de conversión de las células solares basadas en silicio, dado que la mayoría de la energía del sol se convierte en electricidad.

Se trata de un paso fundamental para hacer que la energía solar sea más competitiva frente a las fuentes de energía convencionales.

En un trabajo publicado el 24 de julio en la versión en línea de la revista Nano Letters Journal editada por la American Chemical Society, un equipo del NREL señaló que los nanocristales de silicio o puntos cuánticos obtenidos de Innovalight pueden producir más de un electrón a partir de fotones individuales de luz solar con longitudes de onda inferiores a 420nm. Según el equipo cuando las células solares fotovoltaicas de hoy en día absorben un fotón de luz solar, alrededor del 50% de la energía incidentese pierde en forma de calor. El efecto MEG permite convertir parte de esta energía (la que se pierde en forma de calor) en más electricidad.

Fuente: Smalltimes

Etiquetado para productos con nanotecnología

La FDA considera que no es necesario un nuevo etiquetado para los productos fabricados con nanotecnología

Según un artículo publicado esta semana por Reuters, la FDA (Food and Drug Administration) ha declarado que el creciente número de cosméticos, fármacos y otros productos elaborados con nanotecnología no requieren una regulación o etiquetado especial.

La recomendación se produce como resultado de la supervisión de productos que utilizan en su diseño o elaboración diminutas partículas del tamaño de una mil millonésima parte de un metro. Las organizaciones de consumidores, entre otras, temen que estas pequeñas partículas puedan resultar tóxicas, causando un efecto imprevisto para la salud.

Ahora, un grupo de trabajo de la FDA ha concluido que, aunque los materiales a nanoescala puedan tener propiedades completamente diferentes a las de sus homólogos de mayor tamaño, no existen pruebas actualmente de que supongan ningún riesgo importante para la seguridad.

"Creemos que no existen pruebas científicas [al respecto] que merezcan ser mencionadas en la etiqueta", señaló el Dr. Randall Lutter, comisionado asociado de Políticas y Planeamiento de la FDA.

Según un informe del Woodrow Wilson International Center for Scholars, al menos 300 productos de consumo, entre los que se incluyen protectores solares, pasta de dientes y champú, se elaboran actualmente con nanotecnología.
Esta tecnología se está utilizando también en medicina, donde los científicos están desarrollando diminutos sensores capaces de detectar señales de enfermedades en el cuerpo; y en el sector alimentario, donde se está utilizando para ampliar el tiempo de conservación de los alimentos empaquetados.

La FDA trata estos productos elaborados con nanotecnología del mismo modo que cualquier otro producto, es decir, requiere que las empresas demuestren la seguridad y eficacia de sus productos antes de su salida al mercado. Sin embargo, algunas categorías de productos, como los cosméticos, los alimentos o los suplementos dietéticos no están sujetos a la supervisión de la FDA antes de su venta en el mercado. Esto ya resulta preocupante de por sí, cuanto más si los productos están elaborados con nanotecnología.

Según George Kimbrell, abogado de International Center for Technology Assessment, una organización sin ánimo de lucro que ha demandado a la FDA en busca de una mayor supervisión para esta tecnología: "Nano significa algo más que pequeño. Quiere decir que estos materiales pueden ser fundamentalmente diferentes y presentar propiedades químicas y físicas considerablemente diferentes". Kimbrell considera que "se está utilizando al consumidor como conejillo de indias".

Como ejemplo, de posibles riesgos, los estudios de esta organización muestran que ciertos tipos de partículas pueden causar inflamación y respuestas en el sistema inmunológico en animales.

La FDA ha añadido que pronto editará una serie de documentos a modo de guía para los sectores que utilicen la nanotecnología, entre los que se incluyen las empresas farmacéuticas, los fabricantes de dispositivos médicos y las empresas de productos de consumo.

Según Lutter, en cambio, el grupo de trabajo considera que la nanotecnología no es diferente de otras tecnologías emergentes anteriores como la biotecnología o la radiación.

Fuente: Reuters