lunes, 26 de julio de 2010

Night Vision Coming Soon To Cell Phones, Eyeglasses

Adapting technology found in flat screen television sets, scientists have created a thin film that converts infrared light into visible light. The technology could give cell phones, eyeglasses and car windshields cheap, lightweight night vision.

"This device can convert any infrared image into a visible image and would weigh no more than a pair of eyeglasses," said Franky So, a scientist at the University of Florida who describes his new night vision technology in a recent article in the journal Advanced Materials that was funded in part by advanced technology powerhouse DARPA.

Most night vision devices today use massive amounts of electricity -- often several thousand volts, according to So -- and heavy, glass lenses that maintain a vacuum to make the night come alive. So's device takes a radically different turn, replacing glass with thin plastic, eliminating the vacuum and using energy-efficient, organic LEDs.

So does this by using technology borrowed from flat screen TVs. Infrared light enters the film and is detected by the first of seven separate layers, which generates a slight electrical charge. Additional electrical energy -- about three to five volts -- amplifies that signal, which is then converted back into visible light.

Nombre y Apellido: Juan J. Núñez C.
Asignatura: CRF
Sección: 01
Fuente: http://news.discovery.com/tech/night-vision-cell-phone-eyeglasses.html
Leer: [Jn 17:3]

Engineering researchers simplify process to make world's tiniest wires

Clumps of extremely tiny nanowires in this image are captured with the aid of an electron microscope. The clumping pattern, which occurs as a result of surface tension during the manufacturing process, limits the usefulness of the wires, which are viewed as a likely core element of more powerful microelectronics, solar cells, batteries and medical tools.

-- Surface tension isn't a very powerful force, but it matters for small things — water bugs, paint, and, it turns out, nanowires.
Tests of microscope-slide-sized surfaces, each containing trillions of nanowires, showed that the procedure effectively prevents clumping, Ziegler said.

In this image captured with the aid of an electron microscope, nanowires stand straight up as a result of a new process developed by University of Florida chemical engineering researchers. The engineers apply an electrical charge to the nanostructure during the manufacturing process, charging each wire and making it repel its neighbor, counteracting the opposite force induced by the surface tension. The researchers say the process is inexpensive and simple, a step toward making the nanowires a more common constituent of electronics, medical devices and solar cells.
Nanowires have not found wide commercial applications to date, but Ziegler said that as engineers learn how to make and manipulate them, they could underpin far more efficient solar cells and batteries because they provide more surface area and better electrical properties.

"Being able to pack in a higher density of nanowires gives you a much higher surface area, so you start to generate higher energy density," he said.

Ziegler said that biomedical engineers are also interested in using the wires to help deliver drugs to individual cells, or to hinder or encourage individual cell growth. The University of Florida has applied for a patent on the process, he added.

Nombre y Apellido: Juan J. Núñez C.
Asignatura: CRF
Sección: 01
Fuente: http://www.physorg.com/news198929565.html
Leer: [Jn7:38]

domingo, 25 de julio de 2010

From ZnO colloidal nanostructures to functional nanomaterials

Fabien Grasset
The transparency and versatile chemistry of nanocolloids can be exploited to fabricate novel thin films.
15 August 2007, SPIE Newsroom. DOI: 10.1117/2.1200708.0805

Thin films are material layers ranging from fractions of a nanometer to several micrometers in thickness. They can be deposited onto metal, ceramic, glass, or semiconductor bases. Among the numerous coating techniques available, chemical or physical vapor deposition and sol-gel methods are the most commonly used in industry. Thin films are mainly used for optical coating and electronic device applications. However, the preparation of low cost functional thin films with high transparency and modulated optical properties remains a challenge for laser, photocatalytic, or display panel applications.

For example, for photocatalysis—which is increasingly used in chemical waste degradation—photostable light-harvesting nanoarchitectures are required: these are nanostructures that can be used to absorb light to facilitate chemical reactions, but are nevertheless robust to the radiation. Were they available, and provided that appropriate semiconductor catalysts were selected, charge carriers could be generated by UV or visible radiation to initiate reduction and oxidation reactions with adsorbed reactants, leading to the destruction of pollutants. However, most photocatalysts consist of metal oxides that are only functional in the UV region. The result is a lack of suitable materials with the appropriate band gap for visible absorption and the required stability for practical applications.

A second example is provided by Y2O3:Eu3+, the most widely used red phosphor for field emission display applications. Much attention has been paid to the synthesis and luminescent properties of Eu3+-doped rare-earth orthoborates (REBO3) thin films. This is due to their desirable properties as ideal vacuum UV phosphors, key materials for the development of plasma display panels. For such phosphors, both luminescence efficiency and color purity are required. Unfortunately, as a red phosphor, the intensity of the red emission of REBO3:Eu3+ is often lower than that of the orange, leading to poor chromaticity.

One of the largest application areas of sol-gel chemistry is thin-film preparation. Using this approach, we started to synthesize ZnO colloidal solutions for the preparation of functional thin films. Zinc oxide is a non-toxic semiconductor with a wide bandgap (3.37eV) and a large exciton binding energy. In bulk or nanosized form, it can be used in a wide range of applications such as UV light emitters, spin functional devices, gas sensors, transparent electronics or surface acoustic wave devices. Using high concentrations of the different polymeric nanocolloids shown in Figure 1(a), we were able to prepare various functional nanomaterials: these include the gels shown in Figure 1(c); the nanosized powders shown in Figure 1(f); the functional thin films (oxynitrides or oxides) produced as plates shown in Figure 1(b) and 1(e); and the fibers shown in Figure 1(d). Recently, red-luminescent Eu,Ti-functionalized ZnO or versatile ZnTiON colored thin films were also developed.

Eu,Ti-functionalized ZnO thin films
As part of these studies, we proposed a chemical alternative to rare-earth (RE) oxides using a very simple and efficient route to prepare highly red-luminescent RE-doped thin films: see Figure 1(b) and (e).1 Using a simple doping process, trivalent europium can easily be introduced in the solution and a Ti-functionalized ZnO can then be used as a nanohost. As shown in Figure 1(b), the red fluorescence of this nanomaterial at room temperature is easily observed under illumination from a compact 4W-UV lamp operating at 254nm. We showed that it was possible to activate RE fluorescence in a highly transparent Ti-functionalized ZnO thin film with simple annealing at 400°C for 15 minutes. The five characteristic emission peaks assigned to the 5D0→7FJ transition of Eu3+ (where J = 0, 1, 2, 3, and 4) are observed, with the strongest emission (J =2) at 613nm (Figure 2, insert).

Nombre y Apellido: Juan J. Núñez C.
Asignatura: CRF
Sección: 01
Fuente: http://spie.org/x15807.xml?ArticleID=x15807
Leer: [Jn6:63]

Stressed Nanomaterials Display Unexpected Movement- Science News

ScienceDaily (Feb. 24, 2010) — Johns Hopkins researchers have discovered that, under the right conditions, newly developed nanocrystalline materials exhibit surprising activity in the tiny spaces between the geometric clusters of atoms called nanocrystals from which they are made.

This finding, detailed recently in the journal Science, is important because these nanomaterials are becoming more ubiquitous in the fabrication of microdevices and integrated circuits. Movement in the atomic realm can affect the mechanical properties of these futuristic materials -- making them more flexible and less brittle -- and may alter the material's lifespan.

"As we make smaller and smaller devices, we've been using more nanocrystalline materials that have much smaller crystallites -- what materials scientists call grains -- and are believed to be much stronger," said Kevin Hemker, professor and chair of Mechanical Engineering in Johns Hopkins' Whiting School of Engineering and senior author of the Science article. "But we have to understand more about how these new types of metal and ceramic components behave, compared to traditional materials. How do we predict their reliability? How might these materials deform when they are subjected to stress?"

The experiments conducted by a former undergraduate research assistant and supervised by Hemker focused on what happens in regions called grain boundaries. A grain or crystallite is a tiny cluster of atoms arranged in an orderly three-dimensional pattern. The irregular space or interface between two grains with different geometric orientations is called the grain boundary. Grain boundaries can contribute to a material's strength and help it resist plastic deformation, a permanent change of shape. Nanomaterials are believed to be stronger than traditional metals and ceramics because they possess smaller grains and, as a result, have more grain boundaries.

Most scientists have been taught that these grain boundaries do not move, a characteristic that helps the material resist deformation. But when Hemker and his colleagues performed experiments on nanocrystalline aluminum thin films, applying a type of force called shear stress, they found an unexpected result. "We saw that the grains had grown bigger, which can only occur if the boundaries move," he said, "and the most surprising part of our observation was that it was shear stress that had caused the boundaries to move."

"The original view," Hemker said, "was that these boundaries were like the walls inside of a house. The walls and the rooms they create don't change size; the only activity is by people moving around inside the room. But our experiments showed that in these nanomaterials, when you apply a particular type of force, the rooms do change size because the walls actually move."

The discovery has implications for those who use thin films and other nanomaterials to make integrated circuits and microelectromechanical systems, commonly called MEMS. The boundary movement shown by Hemker and his colleagues means that the nanomaterials used in these products likely possess more plasticity, higher reliability and less brittleness, but also reduced strength.

"As we move toward making things at much smaller sizes, we need to take into account how activity at the atomic level affects the mechanical properties of the material," Hemker said. "This knowledge can help the microdevice makers decide on the proper size for their components and can lead to better predictions about how long their products will last."

The journal article describing this discovery was inspired by a Johns Hopkins master's thesis produced by Tim Rupert, then a combined bachelor's/master's degree student in mechanical engineering. Rupert, who is now a doctoral student at MIT, is lead author of the Science piece. Along with Hemker, the co-authors are Daniel Gianola, a former doctoral student and postdoctoral fellow in Hemker's lab who is now an assistant professor of materials science and engineering at the University of Pennsylvania; and Y. Gan of the Karlsruhe Institute of Technology in Germany.

Funding for the research was provided by the U.S. Department of Energy and the National Science Foundation.

Nombre y Apellido: Juan J. Núñez C.
Asignatura: CRF
Sección: 01
Fuente: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/02/100223132019.htm
Leer: [Jn3:16-17]

Electronic Materials Research Lab.

Sputter deposition chamberWelcome to the website for the Electronic Materials Research Lab at Longwood University. In our lab, we fabricate and characterize semiconducting thin-films, bulk materials and nanowires. We conduct research in some pretty exciting areas of materials science that directly contributes to the advancement of technologies such as Blu-Ray, liquid crystal displays, bright-light LEDs, UV detectors, gas sensors and much more.

Students working in the lab gain hands on experience that will carry over seamlessly into the workforce, whether pursuing a career in research, teaching or industry. Specifically, our students work on ultra-high-vacuum systems, atomic force microscopes, electrical characterization tools, thin-film deposition techniques and much more. We fabricate nanowires up to 10,000 times smaller in diameter than a human hair. We measure currents over 1 trillion times smaller than the currents found in your toaster. We have even been known to play around in the machine shop from time to time, fabricating our own parts.

Our two main projects are currently the following: (1) we are investigating the role of the surface in the electrical properties of the wide band-gap semiconductors ZnO and GaN; and (2) we are fabricating and characterizing ZnO nanowires to study I-V behavior and charge transport properties for this quasi-quantum-confined system. We also have a few smaller projects such as the construction of a scanning tunneling microscope that can image surfaces at the atomic level, incorporating our research into the physics curriculum, and physics education research projects..

To learn more about our research, the people involved and the equipment we have available, click on the links at the top of the page, or as follows:

People :: Learn more about the people involved in the lab
Research :: Learn more about our research
Equipment :: Learn more about the types of equipment available in our lab

Nombre y Apellido: Juan J. Núñez C.
Asignatura: CRF
Sección: 01
Fuente: http://www.longwood.edu/staff/moorejc/
Leer: [Jn3:3]

Thin Film and Nanostructured Materials Physics Group

Welcome to the web site for the Thin Film and Nanostructured Materials Physics Group, Condensed Matter Sciences Division at Oak Ridge National Laboratory. Our research currently addresses two broad scientific challenges, as described below. For detailed examples of our work please see the Research and Personnel pages.

Research on Nanomaterials: Controlled Synthesis and Properties
This research addresses the central challenge of nanoscale science: the need for fundamental understanding of how nanomaterials grow and for control of the growth environment, in order to synthesize materials with new or greatly enhanced properties at attractive rates. The materials focus currently is on carbon nanotubes/nanofibers and on mesoscale oxide films/multilayers for greatly improved ionic conductivity. Part of the research addresses a grand challenge of nanomaterials synthesis: the growth of macroscopic single wall carbon nanotube (SWNT) crystals, and is carried out in collaboration with Rice University. The program's strength is its integration of three key capabilities: advanced synthesis; time-resolved, in situ diagnostics during growth; and an arsenal of nanomaterials properties measurement and functionalization methods. For synthesis, energetic-beam methods of pulsed laser deposition (PLD), laser vaporization (LV), supersonic chemical beams, and plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) are used, together with thermal CVD. A complete suite of time-resolved, in situ diagnostic methods is used to obtain information about the precursor species, temperatures, products, and dynamics of growth in these environments. For ex situ characterization, the program particularly exploits unique ORNL Z-STEM/EELS transmission electron microscopy and spectroscopy to determine structure and composition, now with atomic resolution through aberration correction. This research also involves strong multidisciplinary collaborations with other ORNL and university investigators.

Research on the Emergence of Nanoscale Cooperative Phenomena
This research addresses one of the most important scientific themes of our time, the fundamental and practical importance of understanding complex, self-organizing behavior. Its materials focus is on transition metal oxides (TMOs) and ferroelectric oxides, with special interest in electronically highly correlated materials that exhibit spontaneous electronic phase separation on the meso- to nano-scale. Their astonishing range of properties is believed to result from a variety of possible ground states that lie close together in energy, so that small changes can create new phenomena. The objective is to understand and control such effects in order to design artificially structured TMOs with new combinations of properties. This group's effort is part of a larger ORNL program that integrates three key capabilities: advanced synthesis, detailed characterization (nanoscale to bulk), and theoretical modeling and simulation. For synthesis we have assembled the tools and skills needed to study nanoscale interactions between different electronic phases in 3D (thick or coupled films), 2D (isolated thin layers and superlattices), and quasi-1D (quantum nanowires). For characterization an arsenal of ORNL scanning probe, electronic, magnetic, and transport properties measurements is used, together with Z-contrast scanning transmission electron microscopy (Z-STEM) and electron energy loss spectroscopy (EELS). Aberration-corrected Z-STEM/EELS now permits "seeing" how electronic properties vary, locally and quantitatively, across compositional interfaces, with atomic resolution. For theory, the high-performance computing facilities of ORNL's Center for Computational Sciences (CCS) are employed together with collaborations between in-house and external theorists, to develop computational approaches suitable for nanoscale highly correlated electronic systems.

Research Impact
The impact of understanding self-organizing behavior, and of finding ways to further direct assembly to make exotic nanoscale properties useful at the macroscale, clearly will be enormous. There undoubtedly are general rules of controlled synthesis and directed assembly to be discovered, and the systematic application of these will result in the addition of many different nanostructured materials to our toolbox. Each success in directed assembly of nanomaterials will make available a new subset of engineering materials, and we know from centuries of experience that the discovery and development of advanced materials always have been the source of new technology.

Nombre y Apellido: Juan J. Núñez C.
Asignatura: CRF
Sección: 01
Fuente: http://www.tnmp.ornl.gov/
Leer: [Ap22:14]

Materiales, sensores y películas delgadas.

Dr. Francisco Javier Espinosa Faller  (fjespinosa@marista.edu.mx)

Ing. Alfredo Repetto Madariaga

El grupo de materiales, sensores y películas delgadas estudia el desarrollo de nuevos materiales y nano-estructuras con énfasis en materiales con potencial para ser utilizados en sensores así como en dispositivos de conversión de energía solar. Mediante el uso de técnicas de vacío, como la deposición física de vapor, se crecen películas delgadas de distintos materiales para obtener las estructuras que sirvan como elementos activos de sensores y fotoceldas. 

En el estudio de materiales se utilizan técnicas estructurales como la difracción de rayos-x y la absorción de rayos-x de donde se obtiene información básica sobre la estructura cristalina de largo y corto alcance así como las distorsiones atómicas asociadas a los materiales complejos. Mediante el uso de espectroscopias eléctricas, ópticas o de la estructura electrónica se relacionen las propiedades de los nuevos materiales con su estructura atómica. El conocimiento básico de las propiedades de los nuevos materiales y de sus interacciones con otros materiales habilita el poder utilizarlos en futuras aplicaciones.

En conjunto con el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos se desarrollan sistemas de monitoreo. Se integran sensores a microcontroladores para la lectura y transmisión de datos que son procesados por software elaborado específicamente para el análisis y la toma de decisiones.  

Algunas de las preguntas que tratamos de responder son:

    1-  ¿Cuál es la estructura atómica local, mesoscópica y extendida de los materiales con potenciales aplicaciones en sensores y fotoceldas?

   2. ¿Qué relación hay entre la estructura cristalina, las inestabilidades y defectos de red y las propiedades de los materiales?

   3.  ¿Cómo podemos crecer materiales en forma de película delgada de forma tal que sean útiles en dispositivos?

   4.   ¿Qué fenómenos físicos y químicos podemos utilizar para desarrollar nuevos sensores?

   5.  ¿Qué estructuras y nuevos materiales podemos crecer para el desarrollo de dispositivos de conversión fotovoltaica?

    6.  ¿De qué forma podemos utilizar e interconectar estos dispositivos? 

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2

Departamento de Energías Renovables, Materiales y Dispositivos Fotovoltaicos. (CIEMAT). La energía solar del futuro

La tecnología de «película delgada» puede ser una alternativa más asequible y rentable que las células fotovoltaicas actuales

La energía solar fotovoltaica ha aumentado mucho su eficacia en las últimas décadas, pero todavía no de forma suficiente para su entrada masiva en el mercado. La investigación en este campo sigue centrada en encontrar técnicas de producción de dispositivos fotovoltaicos más baratas que las actuales. Ése es el objetivo del grupo de Mª Teresa Gutiérrez en el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

El hecho de que ciertos materiales generen electricidad cuando les da el sol fue descrito como una curiosidad científica por el físico Edmond Becquerel cuando tenía sólo 19 años, en 1839. Pero pasó mucho tiempo antes de que se entendiera el efecto fotoeléctrico y se pensara en emplearlo como fuente de energía. Hacia finales del siglo XIX se fabricaron las primeras células fotovoltaicas, de selenio, que convertían en energía eléctrica el 1% de la luz que incidía sobre ellas (enseguida se usaron en cámaras fotográficas para medir la luz); y en 1954 los famosos Laboratorios Bell crearon las primeras células de silicio, antepasadas de las que se usan hoy en los paneles comerciales. Pero sólo convertían en electricidad el 4% de la luz (lo que equivale a decir que su eficacia era del 4%), mientras que las actuales convierten el 17%. Además, según cifras del Departamento de Energía estadounidense el coste de la energía generada por paneles fotovoltaicos se ha reducido en una veinteava parte en las últimas décadas.
El CIEMAT ha desarrollado equipos a escala piloto para la preparación de materiales en película delgada de aplicación fotovoltaica

Un salto grande, pero no suficiente. «A la energía solar fotovoltaica siempre se le achaca que es una tecnología cara, no rentable», afirma Mª Teresa Gutiérrez, del Departamento de Energías Renovables, Desarrollo de Materiales y Dispositivos Fotovoltaicos del Ciemat. «Así que buscamos abaratar los procesos», sigue. El trabajo del grupo se ha centrado en la tecnología de película delgada, una de las alternativas a las células fotovoltaicas de silicio monocristalino.

Dentro del llamado Proyecto MARISOL el grupo del CIEMAT ha desarrollado equipos a escala intermedia entre el laboratorio y una planta industrial para la preparación de materiales en película delgada de aplicación fotovoltaica. Algo así como una planta piloto de lo que podría llegar a ser una instalación industrial. «Se trata de demostrar que la tecnología de película delgada puede usarse en la industria fotovoltaica».

Películas frente a cristales
Los módulos fotovoltaicos más usados en la actualidad se basan en el silicio monocristalino. Este material tiene una estructura atómica muy uniforme que facilita el flujo de los electrones -importante para lograr una buena eficacia-, pero para obtenerlo primero hay que fundir silicio de alta pureza y después crecer de nuevo la estructura entorno a un único cristal «semilla». Este silicio monocristalino deberá después ser tratado y cortado convenientemente para ser transformado en una célula fotovoltaica, que además debe conectarse individualmente a muchas otras para formar un módulo (los paneles solares están formados por muchas células fotovoltaicas). Es, en conjunto, un proceso farragoso y caro.

La tecnología de película delgada ha aparecido en las últimas décadas como alternativa al silicio monocristalino. «Con esta tecnología ya no hay que crecer un cristal, cortar las obleas, perder material en los cortes...» explica Gutiérrez. Al contrario: con la película delgada se puede hacer crecer el material adecuado con el espesor deseado, sobre la superficie que se quiera y de las dimensiones apetecidas.


Una superficie continua.
El principio de funcionamiento de las células de película delgada es el mismo que el de las células de silicio monocristalino: ambas están hechas de materiales superconductores que crean una corriente eléctrica cuando les da la luz, y a los que se añade un dispositivo conductor para recoger y transportar los electrones. Pero ahí acaban las similitudes.

De forma simplificada, la tecnología fotovoltaica de película delgada se puede definir mediante el depósito de grandes superficies (1m2 aproximadamente) de películas delgadas de conductores y semiconductores sobre un sustrato, utilizando una técnica de conformado adecuada para conseguir un dispositivo integrado. Los dispositivos así preparados tienen espesores de alrededor de decenas de micras.
El hecho de usar diferentes sustratos puede diversificar mucho la aplicación: el panel puede estar encima de las tejas, y ser ondulado


Una diferencia entre la tecnología de película delgada y la de silicio monocristalino, explica Gutiérrez , es que el hecho de usar diferentes sustratos puede diversificar mucho la aplicación: el módulo fotovoltaico puede estar colocado encima de las tejas de un tejado y ser ondulado, o un vidrio de una ventana puede convertirse en un módulo fotovoltaico. Se puede utilizar en principio cualquier tipo de sustrato teniendo en cuenta algunos requerimientos. En la tecnología de silicio monocristalino, en cambio, se parte siempre de una oblea.

Cámaras de vacío
¿Dónde radica el problema para que los dispositivos de película delgada no inunden el mercado fotovoltaico? Su eficiencia se considera aceptable: se ha obtenido alrededor de un 12% con dispositivos estables de seleniuro de cobre e indio. Sin embargo, la viabilidad comercial de estos módulos requiere esfuerzos importantes en los temas de fabricación. Para conseguir un proceso de fabricación de bajo coste en estos módulos es necesario una mejora de la utilización de los materiales y la optimización de los procesos de preparación de los mismos en grandes áreas.

El reto es conseguir un proceso continuo en el que se introduzca un sustrato por un lado y por el otro salga el módulo terminado, lo cual va a abaratar mucho los costes de producción. «Se trata de diseñar procesos para que la industria fotovoltaica concluya que le interesa instalar una línea de producción de módulos de película delgada». El equipo de Gutiérrez ya ha demostrado que es posible preparar materiales de aplicación fotovoltaica no ya sobre 1cm2 sino sobre 900cm2.

Las dos cámaras que usa el grupo para fabricar los módulos son el resultado del proyecto Marisol. El primer paso del proceso es la metalización del sustrato y se hace en una de las cámaras. Pero la técnica para el paso siguiente es distinta y debe hacerse en la otra cámara: la deposición de la capa «absorbente», que es la que absorbe las partículas de luz, y el llamado «material ventana». Finalmente se pasa de nuevo a la primera cámara para depositar el material conductor y una última capa.

Es la primera vez que estos investigadores se enfrentan a equipos de escala mayor que los usados en investigación básica de laboratorio. «Ha sido una experiencia muy útil para entrar en contacto con gente de la industria, algo muy importante», dice Gutiérrez.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2


PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE PELÍCULAS DELGADAS DE ÓXIDOS DE VANADIO

El vanadio es un metal de transición que presenta múltiples estados de oxidación +2, +3, +4 y +5, lo que posibilita que dentro del sistema vanadiooxígeno se puedan formar 14 tipos de óxidos diferentes. Los óxidos de vanadio exhiben interesantes propiedades electrónicas, siendo que muchos de estos óxidos presentan una transición metal - aislante alrededor de cierta temperatura crítica, acompañada de una serie de cambios en su estructura y comportamiento eléctrico, magnético y óptico. El dióxido de vanadio (VO2) es el más estudiado, y también el que ofrece más interés debido a sus propiedades ópticas y eléctricas.  Para este compuesto la transición de fase de metal a aislante es alrededor de los 340 K, por su parte el V2O3 presenta una transición metal-aislante a 170 K acompañada por un cambio estructural de la red cristalina de tetragonal a monoclínica, observándose al mismo tiempo una transición desde un estado paramagnético a un estado antiferromagnético. El estudio a partir de películas delgadas de estos materiales ha tomado mucha importancia en los últimos tiempos, por sus propiedades electrocrómicas y su potencial uso como interruptores ópticos. Recientemente se ha estudiado el comportamiento eléctrico de películas delgadas de VOx (0.8 ≤ x ≤ 1.22) de 100 Å de espesor, crecidas sobre sustratos de SrTiO3, encontrándose que el  sistema presenta una transición gradual de un comportamiento metálico a semiconductor cerca de x=0.94. En este trabajo se estudiaron las propiedades eléctricas de películas delgadas de óxidos de vanadio crecidas en un sistema magnetrón sputtering r.f. variando el flujo de oxígeno en su fabricación encontrándose que el comportamiento Guerrero et al. 1084 Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (3): 1083-1085 eléctrico de estas películas depende fuertemente del contenido de oxígeno.

2. PREPARACIÓN DE MUESTRAS
Sobre sustratos de vidrio fueron depositadas películas delgadas de óxidos de vanadio mediante la técnica magnetrón sputtering r.f. empleando un blanco de vanadio puro. La presión de la cámara, la temperatura del sustrato y el tiempo de crecimiento permanecieron constantes a, 9x10-3 mbar 470 ºC y 1 hora respectivamente. El flujo de oxígeno para el depósito de cada muestra se mantuvo constante y con el fin de obtener varias muestras en diferentes ambientes de oxígeno se varió desde 0.3 hasta 0.7 sccm (centímetro cúbico estándar por minuto). Las fases de las películas delgadas de óxidos de vanadio fueron determinadas usando difracción de rayos X. Las medidas de resistividad en función de la temperatura se hicieron utilizando un sistema de adquisición automático, que permite incrementar la temperatura desde 50 hasta 360 K y medir el cambio en la resistencia eléctrica por el método estándar de las cuatro puntas, esto es, fijando una corriente que será  suministrada a la película en dos puntos y midiendo el voltaje en los otros dos puntos al extremo de la misma.

3. RESULTADOS
Películas delgadas de V-O crecidas sobre vidrio, para flujos de oxígeno de 0.7, 0.6, 0.5, 0.4 y 0.3sccm de O2. Como se observa, a medida que disminuye el flujo de oxígeno en la fabricación de las películas (desde 0.7 sccm hasta 0.5 sccm), se presenta un cambio en su composición química de la forma VO2 → VO2 + V2O3 → V2O3, mientras que en las muestras con 0.4 y 0.3 sccm de oxígeno sólo se observó V2O3. Como se observa, para películas fabricadas con flujo de oxígeno entre 0.3 y 0.6 sccm el comportamiento es tipo conductor, es decir, su resistividad aumenta con aumentos en la temperatura, aunque por debajo de 125 K la resistividad de las muestras permanece casi constante. La muestra fabricada con mayor flujo de oxígeno presenta una mayor resistividad, y aquella con menor flujo de oxígeno presenta la menor resistividad. En el rango de temperaturas medidas (50 K-292 K) no se observó ninguna transición metal - aislante.

4. CONCLUSIONES
Se crecieron películas delgadas de óxidos de vanadio sobre sustratos de vidrio bajo diferentes flujos de oxígeno y se analizó su comportamiento eléctrico, estableciéndose que este presenta una dependencia con el flujo de oxígeno empleado en su crecimiento. Así, las muestras fabricadas con 0.3, 0.4, 0.5 y 0.6 sccm de O2 presentan un comportamiento conductor mientras que las muestras fabricadas con 0.7 sccm de oxígeno exhiben un comportamiento aislante. De acuerdo con esto, las muestras presentan una transición desde un estado conductor a un estado aislante de la muestra con 0.6 sccm a la muestra con 0.7 sccm de O2.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2

9-12, diciembre de 2002 ãSociedad Mexicana de Ciencia de Superficies y de Vacío 9 Estudio de películas delgadas de Cd1-x Znx Te, para 0<x<1, utilizando la técnica CSVT-FE

Películas delgadas de Cd1-xZnxTe fueron crecidas en substratos de vidrio utilizando la técnica transporte de vapor en espacio reducido combinada con evaporación libre (CSVT-FE, por sus siglas en ingles) usando la coevaporación de CdTe y ZnTe. La incorporación del Zn fue controlada por medio de la temperatura de la fuente de ZnTe. La composición de las películas fue determinada por medio de la espectroscopia de energía dispersiva de rayos-x y la difracción de rayos-x fue utilizada para evaluar la transición estructural del CdTe a ZnTe. Mediante espectroscopia de transmisión a temperatura ambiente se determino el ancho de la banda prohibida de la aleación. El parámetro de red y el ancho de energía prohibida de las muestras muestran una variación asociada con el cambio en la concentración de Zn.
1. Introducción
El sistema Cd1-xZnxTe es de interés debido a que el CdTe y ZnTe forman una solución sólida a través de toda la composición, y pueden ser impurificadas tipo p. El ancho de energía prohibida de este material puede ser variado desde 1.5 eV, que corresponde al CdTe, hasta 2.3 eV, que corresponde al ZnTe, controlando la composición de la aleación. La estructura cristalina del CdTe y del ZnTe son ambas del tipo zincblenda, por lo que se espera que la incorporación de Zn en CdTe no estará impedida por factores estructurales. En particular las películas delgadas de CdxZn1-xTe son de mucho interés debido a sus aplicaciones en celdas solares de alta eficiencia y detectores de radiación gamma . Este material ha sido crecido en todo el rango por técnicas costosas, tales como Epitaxia de haces moleculares (MBE, por sus siglas en ingles), y deposito químico de metalorgánicos al vacío (MOCVD, por sus siglas en ingles). Utilizando técnicas baratas, tales como transporte de vapor en espacio cerrado (CSVT, por sus siglas en ingles) y Epitaxia de paredes calientes (HWE, por sus siglas en ingles), se han crecido películas de Cd1- xZnxTe, en algunos rangos, a partir de la evaporación decristales de Cd1-xZnxTe crecidos por el método de Bridghma. La técnica transporte de vapor en espacio reducido combinada con evaporación libre (CSVTFE por sus siglas en ingles) es un método conveniente para el crecimiento de materiales ternarios debido a que es posible controlar las temperaturas de diferentes compuestosseparadamente, con el objetivo de tener muestras con diferente estequiometria. Es una técnica barata, ya que puede operarse a presión atmosférica bajo un gas inerte y usa temperaturas moderadas; su operación es simple, y las películas obtenidas son compactas. En este trabajo reportamos el crecimiento de películas delgadas de Cd1-xZnxTe, para 0<x<1, utilizando la técnica CSVT-FE , usando como parámetros de crecimiento las temperaturas de las fuentes de los materiales coevaporados. Estas películas son obtenidas por primera vez en todo el rango utilizando una técnica barata y en una sola etapa de crecimiento. Las muestras se caracterizaron estructuralmente utilizando difracción de rayos X. La composición química mediante espectroscopia de energía dispersiva de rayos-x (EDAX, por sus siglas en ingles) y las propiedades electrónicas mediante espectroscopia de Superficies y Vacío 15, 9-12, diciembre de 2002 Sociedad Mexicana de Ciencia de Superficies y de Vacío 10 transmisión. Los resultados confirman la obtención de la solución sólida.

2. Detalles experimentales
Las películas fueron crecidas en un sistema de evaporación al vacío evacuado por una bomba difusora con una trampa de nitrógeno  líquido, capaz de obtener una presión final de 10-6 Torr. La presión en la cámara de crecimiento durante la evaporación fue mantenida por debajo de 10-5 Torr. Los materiales utilizados en la coevaporación fueron CdTe polvo 99.99 % at. Y  nTe 99.999 % at. Marca Balzers. Como substratos fueron utilizados substratos de vidrio Corning 7059, los cuales están libres de sodio. La fuente del CdTe fue mantenida a 500°C durante el proceso de crecimiento, mientras la fuente de ZnTe fue variada entre 500°C y 700°C, in incrementos de 50°C, con el objetivo de tener diferentes concentraciones de Zn. Adicionalmente se creció una película de CdTe y una de ZnTe. Para todas las composiciones se mantuvo la temperatura del substrato fija a 400°C y el tiempo de crecimiento en 10 minutos. Las concentraciones de los elementos fueron determinadas usando EDAX, usando un microscopio electrónico de barrido JEOL 6300. Las mediciones de difracción de rayos-X fueron realizadas en un difractómetro Rigaku Geigerflex con un ánodo de cobre. Las mediciones de transmisión fueron realizadas en un espectrofotómetro marca Perkin Elmer modelo Lambda 40. Las mediciones de composición de los elementos fueron realizadas en diferentes puntos, indicando la misma composición con una variación de 1 % at.; asimismo las mediciones ópticas mostraron completa reproducibilidad en los espectros obtenidos en diferentes regiones de la muestra.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2

La computación cuántica

La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la clásica. Es una de las áreas más estudiadas en la investigación y que probablemente revolucione más nuestra vida actual, este área aprovecha las propiedades del mundo cuántico para aumentar la eficacia y eficiencia de los ordenadores, en cuanto a computación se refiere; en cuanto se consiguiera realizar el computador cuántico, todos los sistemas de seguridad informática actuales quedarían obsoletos ya que estas nuevas computadoras serían muy seguras debido a sus propiedades cuánticas. La computación cuántica no solo mejorará la seguridad de la información, sino que el tamaño de los ordenadores será muchísimo menor al del actual, se podrían resolver una cantidad mayor de problemas nuevos gracias a una mayor capacidad de computación. Aunque todo esto todavía queda un poco lejos dadas las dificultades técnicas .

¿Qué significa esto? Se refiere a los fenómenos que tendrá que enfrentar la tecnología de las computadoras cuando el tamaño de sus componentes (transistores, circuitos, etc.) rebase un límite inferior determinado, para el que las leyes de la física son fundamentalmente diferentes a las que se aplican en el mundo macroscópico.

Aproximadamente cada dos años, la velocidad y la capacidad de almacenamiento de las computadoras se han venido duplicando; esto ha venido acompañado de una miniaturización del componente fundamental del hardware: el transistor. Actualmente por ejemplo, IBM puede fabricar chips (circuitos integrados de la computadora) de un cuarto de micrón (un micrón es una millonésima de metro), conteniendo cerca de 200 millones de transistores.
Sin embargo, a ésta escala las leyes de la física clásica siguen siendo válidas, y el transistor puede seguir siendo tratado como un objeto que responde a leyes clásicas, en base a las cuales están construidas todas las computadoras actualmente. Pero de seguir la tendencia en la reducción en el tamaño de los componentes, tendremos muy probablemente que enfrentarnos con las leyes cuánticas, cuando el tamaño de éstos alcance niveles atómicos.

Desarrollo: una computadora cuántica hace uso del uso en paralelo mediante el empleo de bits cuánticos (qubits): un qubit es la extensión cuántica de un bit, es decir en una computadora tradicional, el código es binario, 0 ó 1, pero dado el carácter cuántico de los átomos, además de los estados 0 y 1 de un átomo existirían estados mezcla, es decir una superposición de los estados 0 y 1, se está trabajando en el campo de los semiconductores para conseguir meter más iones en las trampas cuánticas. Es como si el qubit existiera en dos universos paralelos: en uno como 0 y en el otro como 1, una misma operación efectuada sobre un qubit se realizará en forma simultánea en ambos universos (sobre ambos valores), mientras mayor sea el número de qubits utilizados, el número de universos posibles también aumenta.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2

La nanotecnología al servicio de los fotodetectores

Para empezar, muchos de vosotros os preguntaréis qué es un fotodetector. Pues bien, un fotodetector es un dispositivo basado en materiales semiconductores que transduce una señal fotónica en una señal eléctrica. En otras palabras, es un dispositivo que cuya superficie sensora es capaz de proporcionar una señal eléctrica como respuesta a la radiación óptica que incide sobre ella.
Los materiales que se utilizan en la fabricación de estos dispositivos suelen ser semiconductores como el silicio, el arseniuro de galio, el germanio, u otros compuestos ternarios (combinación de tres tipos de materiales que darán lugar a propiedades óptimas para estos dispositivos optoelectrónicos).
Aunque existen dos tipos de fotodetectores, térmicos y fotónicos, nos centraremos aquí en los segundos.
El quid de la cuestión llega ahora, cuando nos preguntamos por qué la nanotecnología entra en el campo de los fotodetectores.
¿Cómo mejora la nanociencia el funcionamiento de estos dispositivos?
Una de las aplicaciones de los fotodetectores consiste en cámaras de visión nocturna.
Actualmente éstas se basan en caros chips de arseniuro de galio e indio.
Con la aplicación de la nanotecnología a este campo, la visión nocturna se consigue mediante fotodetectores sensibles a la luz en la región del infrarrojo, que son las ondas por ejemplo que emiten los radiadores o los microondas que tenemos en nuestras casas, o también las emitidas por el propio cuerpo humano.
Estos fotodetectores están basados en una capa de 800 nanómetros de grosor de nanopartículas fotosensibles, y son diez veces más sensibles a los infrarrojos que los sensores utilizados actualmente. La universidad de Toronto, donde se realizó el estudio, afirma que "este sistema se podría aplicar en otros campos, como la formación de imágenes en medicina, el control ambiental o las comunicaciones por fibra óptica" Los límites en la fotosensibilidad del silicio y el elevado coste de semiconductores como el arseniuro de galio e indio (InGaAs) hace que los estudios en este campo sean constantes.
La investigaciones más recientes llevadas a cabo por la Universidad de California en San Diego apuntan sin embargo a los nanocables semiconductores como los fotodetectores más eficientes del futuro.
Un nanocable es un cable que tiene un grosor de un nanómetro (es decir, su grosor es 1.000.000.000 veces más pequeño que un metro) y precisamente es la geometría de estos nanocables lo que los hace tener excelentes propiedades para la detección de la luz. Se piensa incluso que se podría conseguir con ellos fotodetectores con la sensibilidad de un solo fotón que es la máxima sensibilidad posible que un fotodetector puede tener.
  
La clave de estas propiedades tan únicas de los nanocables es la gran superficie o área que presentan en relación a su volumen debido a su geometría, de forma que esta amplia área le facilita enormemente la detección de la luz. Además, al tener asociado tan poco volumen, la relación señal-ruido del dispositivo o sensibilidad del mismo se amplifica enormemente; en otras palabras, la señal se percibe mucho más claramente, tanto que el ruido se reduciría a una milésima parte con respecto a los fotodetectores más grandes convencionales fabricados con los mismos materiales. En realidad, la idea es bastante intuitiva: al tener un diámetro tan reducido, la luz (los fotones) es conducida a través del interior del nanocable de forma completamente direccional, y con elevada eficiencia y rapidez.
Además de presentar sensibilidades mucho más altas, estos fotodetectores basados en nanocables presentan una alta velocidad de respuesta, y no sólo eso; combinando los nanocables adecuadamente podríamos fabricar un fotodetector sensible a más de un color.
Según la universidad, "se espera que permitan nuevas arquitecturas de fotodetección para dispositivos de imagen, memorias de almacenamiento, comunicaciones ópticas dentro de los chips y otras aplicaciones de escala nanométrica".

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES  secc 2

FW: Nanotubos de carbono

Los nanotubos son objetos que poseen estructura tubular con diámetros del orden de un nanómetro, o sea, de un millonésimo de milímetro y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud : anchura tremendamente alta. El carbono es de los pocos materiales que puede llegar a formar nanotubos, al igual que puede adoptar otras formas por su estructura cristalina. Los nanotubos de carbono más estudiados son los de estructuras de fullerenos.
 
Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre.
 El grafito (sustancia utilizada en lápices) es formado por átomos de carbono estructurados en forma de panel. Estas capas tipo panel se colocan una encima de otra. Una sola capa de grafito es muy estable, fuerte y flexible. Dado que una capa de grafito es tan estable sola, se adhiere de forma débil a las capas de al lado, por esto se utiliza en lápices, porque mientras se escribe, se caen pequeñas escamas de grafito. En fibras de carbono, las capas individuales de grafito son mucho más grandes que en lápices, y forman una estructura larga, ondulada y fina, tipo-espiral. Se pueden pegar estas fibras una a otras y formar así una sustancia muy fuerte, ligera (y cara) utilizada en aviones, raquetas de tenis, bicicletas de carrera etc. Pero existe otra forma de estructurar las capas que produce un material más fuerte todavía, enrollando la estructura tipo-panel para que forme un tubo de grafito. Este tubo es un nanotubo de carbono.

En el caso de formar nanotubos de carbono, éstos pueden ser clasificados en función de parámetros estructurales de los mismos y así podemos establecer las siguientes clasificaciones:
         1- Según el número de capas, pueden ser:
- nanotubos de capa múltiple, formadas por capas concéntricas de forma cilíndrica:
                                
- nanotubos de capa múltiple, formadas solo por una capa bidimensional de grafito:
                  
 
2.- Clasificación genérica:
- nanotubos charal, no tiene simetría de reflexión y son no isomórficos.
- nanotubos no-chiral, poseen simetría de reflexión y son isomórficos.
 
En cuanto a las características de los nanotubos de carbono, además de ser tremendamente resistentes, poseen propiedades eléctricas interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal, esto quiere decir que tiene propiedades intermedias entre semiconductores (como la silicona en microchips de ordenador, cuando los electrones se muevan con restricciones) y metales (como el cobre utilizado en cables cuando los electrones se mueven sin restricción). Cuando se enrolla una capa de grafito en un nanotubo, además de tener que alinearse los átomos de carbono alrededor de la circunferencia del tubo, también las funciones de onda estilo mecánica cuántica de los electrones deben ajustarse. Este ajuste restringe las clases de función de onda que puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el movimiento de éstos. Dependiendo de la forma exacta en la que se enrolla, el nanotubo puede ser un semiconductor o un metal.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2


Accede a tu Hotmail en un solo clic. ¡Descárgate Internet Explorer 8 y empieza a disfrutar de todas las ventajas!

¿Quieres unirte a la fuerza de Internet Explorer 8? ¡Es gratis!

Nanotubos de carbono

Los nanotubos son objetos que poseen estructura tubular con diámetros del orden de un nanómetro, o sea, de un millonésimo de milímetro y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud : anchura tremendamente alta. El carbono es de los pocos materiales que puede llegar a formar nanotubos, al igual que puede adoptar otras formas por su estructura cristalina. Los nanotubos de carbono más estudiados son los de estructuras de fullerenos.
Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre.
 El grafito (sustancia utilizada en lápices) es formado por átomos de carbono estructurados en forma de panel. Estas capas tipo panel se colocan una encima de otra. Una sola capa de grafito es muy estable, fuerte y flexible. Dado que una capa de grafito es tan estable sola, se adhiere de forma débil a las capas de al lado, por esto se utiliza en lápices, porque mientras se escribe, se caen pequeñas escamas de grafito. En fibras de carbono, las capas individuales de grafito son mucho más grandes que en lápices, y forman una estructura larga, ondulada y fina, tipo-espiral. Se pueden pegar estas fibras una a otras y formar así una sustancia muy fuerte, ligera (y cara) utilizada en aviones, raquetas de tenis, bicicletas de carrera etc. Pero existe otra forma de estructurar las capas que produce un material más fuerte todavía, enrollando la estructura tipo-panel para que forme un tubo de grafito. Este tubo es un nanotubo de carbono.

En el caso de formar nanotubos de carbono, éstos pueden ser clasificados en función de parámetros estructurales de los mismos y así podemos establecer las siguientes clasificaciones:
         1- Según el número de capas, pueden ser:
- nanotubos de capa múltiple, formadas por capas concéntricas de forma cilíndrica:
                                
- nanotubos de capa múltiple, formadas solo por una capa bidimensional de grafito:
                  
2.- Clasificación genérica:
- nanotubos charal, no tiene simetría de reflexión y son no isomórficos.
- nanotubos no-chiral, poseen simetría de reflexión y son isomórficos.
En cuanto a las características de los nanotubos de carbono, además de ser tremendamente resistentes, poseen propiedades eléctricas interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal, esto quiere decir que tiene propiedades intermedias entre semiconductores (como la silicona en microchips de ordenador, cuando los electrones se muevan con restricciones) y metales (como el cobre utilizado en cables cuando los electrones se mueven sin restricción). Cuando se enrolla una capa de grafito en un nanotubo, además de tener que alinearse los átomos de carbono alrededor de la circunferencia del tubo, también las funciones de onda estilo mecánica cuántica de los electrones deben ajustarse. Este ajuste restringe las clases de función de onda que puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el movimiento de éstos. Dependiendo de la forma exacta en la que se enrolla, el nanotubo puede ser un semiconductor o un metal.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2

La computación cuántica

La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la clásica. Es una de las áreas más estudiadas en la investigación y que probablemente revolucione más nuestra vida actual, este área aprovecha las propiedades del mundo cuántico para aumentar la eficacia y eficiencia de los ordenadores, en cuanto a computación se refiere; en cuanto se consiguiera realizar el computador cuántico, todos los sistemas de seguridad informática actuales quedarían obsoletos ya que estas nuevas computadoras serían muy seguras debido a sus propiedades cuánticas. La computación cuántica no solo mejorará la seguridad de la información, sino que el tamaño de los ordenadores será muchísimo menor al del actual, se podrían resolver una cantidad mayor de problemas nuevos gracias a una mayor capacidad de computación. Aunque todo esto todavía queda un poco lejos dadas las dificultades técnicas .
¿Qué significa esto? Se refiere a los fenómenos que tendrá que enfrentar la tecnología de las computadoras cuando el tamaño de sus componentes (transistores, circuitos, etc.) rebase un límite inferior determinado, para el que las leyes de la física son fundamentalmente diferentes a las que se aplican en el mundo macroscópico.

Aproximadamente cada dos años, la velocidad y la capacidad de almacenamiento de las computadoras se han venido duplicando; esto ha venido acompañado de una miniaturización del componente fundamental del hardware: el transistor. Actualmente por ejemplo, IBM puede fabricar chips (circuitos integrados de la computadora) de un cuarto de micrón (un micrón es una millonésima de metro), conteniendo cerca de 200 millones de transistores.
Sin embargo, a ésta escala las leyes de la física clásica siguen siendo válidas, y el transistor puede seguir siendo tratado como un objeto que responde a leyes clásicas, en base a las cuales están construidas todas las computadoras actualmente. Pero de seguir la tendencia en la reducción en el tamaño de los componentes, tendremos muy probablemente que enfrentarnos con las leyes cuánticas, cuando el tamaño de éstos alcance niveles atómicos.

Desarrollo: una computadora cuántica hace uso del uso en paralelo mediante el empleo de bits cuánticos (qubits): un qubit es la extensión cuántica de un bit, es decir en una computadora tradicional, el código es binario, 0 ó 1, pero dado el carácter cuántico de los átomos, además de los estados 0 y 1 de un átomo existirían estados mezcla, es decir una superposición de los estados 0 y 1, se está trabajando en el campo de los semiconductores para conseguir meter más iones en las trampas cuánticas. Es como si el qubit existiera en dos universos paralelos: en uno como 0 y en el otro como 1, una misma operación efectuada sobre un qubit se realizará en forma simultánea en ambos universos (sobre ambos valores), mientras mayor sea el número de qubits utilizados, el número de universos posibles también aumenta.

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2

La nanotecnología al servicio de los fotodetectores

Para empezar, muchos de vosotros os preguntaréis qué es un fotodetector. Pues bien, un fotodetector es un dispositivo basado en materiales semiconductores que transduce una señal fotónica en una señal eléctrica. En otras palabras, es un dispositivo que cuya superficie sensora es capaz de proporcionar una señal eléctrica como respuesta a la radiación óptica que incide sobre ella.
Los materiales que se utilizan en la fabricación de estos dispositivos suelen ser semiconductores como el silicio, el arseniuro de galio, el germanio, u otros compuestos ternarios (combinación de tres tipos de materiales que darán lugar a propiedades óptimas para estos dispositivos optoelectrónicos).
Aunque existen dos tipos de fotodetectores, térmicos y fotónicos, nos centraremos aquí en los segundos.
El quid de la cuestión llega ahora, cuando nos preguntamos por qué la nanotecnología entra en el campo de los fotodetectores.
¿Cómo mejora la nanociencia el funcionamiento de estos dispositivos?
Una de las aplicaciones de los fotodetectores consiste en cámaras de visión nocturna.
Actualmente éstas se basan en caros chips de arseniuro de galio e indio.
Con la aplicación de la nanotecnología a este campo, la visión nocturna se consigue mediante fotodetectores sensibles a la luz en la región del infrarrojo, que son las ondas por ejemplo que emiten los radiadores o los microondas que tenemos en nuestras casas, o también las emitidas por el propio cuerpo humano.
Estos fotodetectores están basados en una capa de 800 nanómetros de grosor de nanopartículas fotosensibles, y son diez veces más sensibles a los infrarrojos que los sensores utilizados actualmente. La universidad de Toronto, donde se realizó el estudio, afirma que "este sistema se podría aplicar en otros campos, como la formación de imágenes en medicina, el control ambiental o las comunicaciones por fibra óptica" Los límites en la fotosensibilidad del silicio y el elevado coste de semiconductores como el arseniuro de galio e indio (InGaAs) hace que los estudios en este campo sean constantes.
La investigaciones más recientes llevadas a cabo por la Universidad de California en San Diego apuntan sin embargo a los nanocables semiconductores como los fotodetectores más eficientes del futuro.
Un nanocable es un cable que tiene un grosor de un nanómetro (es decir, su grosor es 1.000.000.000 veces más pequeño que un metro) y precisamente es la geometría de estos nanocables lo que los hace tener excelentes propiedades para la detección de la luz. Se piensa incluso que se podría conseguir con ellos fotodetectores con la sensibilidad de un solo fotón que es la máxima sensibilidad posible que un fotodetector puede tener.
  
La clave de estas propiedades tan únicas de los nanocables es la gran superficie o área que presentan en relación a su volumen debido a su geometría, de forma que esta amplia área le facilita enormemente la detección de la luz. Además, al tener asociado tan poco volumen, la relación señal-ruido del dispositivo o sensibilidad del mismo se amplifica enormemente; en otras palabras, la señal se percibe mucho más claramente, tanto que el ruido se reduciría a una milésima parte con respecto a los fotodetectores más grandes convencionales fabricados con los mismos materiales. En realidad, la idea es bastante intuitiva: al tener un diámetro tan reducido, la luz (los fotones) es conducida a través del interior del nanocable de forma completamente direccional, y con elevada eficiencia y rapidez.
Además de presentar sensibilidades mucho más altas, estos fotodetectores basados en nanocables presentan una alta velocidad de respuesta, y no sólo eso; combinando los nanocables adecuadamente podríamos fabricar un fotodetector sensible a más de un color.
Según la universidad, "se espera que permitan nuevas arquitecturas de fotodetección para dispositivos de imagen, memorias de almacenamiento, comunicaciones ópticas dentro de los chips y otras aplicaciones de escala nanométrica".

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES  secc 2

Transistores basados en nanotubos de carbono: el transistor más pequeño del mundo

Cuando se habla de transistores, le viene a uno a la cabeza la imagen de complejos circuitos electrónicos, con cientos de dispositivos de los que se desconoce tanto su utilidad como el porqué la creciente obsesión de los investigadores de disminuir todo lo posible su tamaño y aumentar su rapidez de respuesta.
Por tanto la cuestión en primer lugar sería, ¿qué es un transistor y para qué sirve? Los transistores son pequeños dispositivos eléctricos que permiten amplificar la corriente eléctrica que pasa por ellos, y que, según sea necesario, pueden permitir o interrumpir el paso de dicha corriente. Los transistores están en prácticamente la mayoría de los dispositivos de uso diario, desde radios, televisores, reproductores de audio, vídeo o mp3, móviles, microondas o automóviles, hasta otros más sofisticados como relojes de cuarzo, ordenadores, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X o incluso ecógrafos.
Ahora podemos llegar a entender porqué interesa que su tamaño sea el mínimo posible y su capacidad de respuesta, máxima. No interesaría fabricar una calculadora de dimensiones desmesuradas, y que encima funcionara a paso de tortuga.
¿Y qué se ha hecho para conseguir esto? Aplicar la nanotecnología a estos dispositivos; en concreto, fabricar transistores con nanotubos de carbono.

Éstos son tubos compuestos únicamente de carbono, que pueden alcanzar hasta algunos milímetros de largo, pero cuyo diámetro es 1.000.000.000 veces menor que un metro, es decir, que  tienen un tamaño tan pequeño que podríamos acomodar 50.000 nanotubos de carbono en el espesor de un pelo,  y que además poseen unas propiedades tan excelentes como ser casi 100 veces más fuertes que el acero. Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes así como más conductoras jamás conocidas, siendo capaces de transportar la corriente eléctrica prácticamente sin fricción sobre la superficie; esta alta movilidad de los electrones permitiría compatibilidad con las aplicaciones tecnológicas de gran velocidad. Por tanto pueden actuar como semiconductores, que son los materiales con los que se fabrican los transistores de los que antes hemos hablado.
Al fabricar transistores con nanotubos de carbono se consigue reducir drásticamente su tamaño, y por tanto poder meter muchos más transistores dentro de un mismo chip o microprocesador con el consecuente aumento de la velocidad de respuesta de los dispositivos electrónicos.
IBM anunció en el año 2002 que había creado los transistores de nanotubo de más alto desempeño hasta la fecha, superando incluso a los prototipos de transistores de silicio del momento: "Los investigadores de IBM obtuvieron la transconductancia (medida de la capacidad de corriente) más alta lograda a la fecha entre los transistores de nanotubo de carbono. Una transconductancia alta implica que los transistores pueden operar más rápidamente, por lo que los circuitos integrados resultantes son más poderosos".
En noviembre del año 2004, Infineon Technologies presentó el transistor de nanotubos de carbono más pequeño  del mundo, con un tamaño de 18 nanómetros.
Esta compañía fue pionera en la cultivación de nanotubos de carbono en puntos definidos con mucha precisión, lo cual como veremos más adelante, es el principal problema que supone la fabricación de estos innovadores dispositivos.
Los nanotubos de carbono de este minúsculo y único transistor tienen diámetros comprendidos entre 0,7 y 1,1 nanómetros. El transistor es capaz de trasladar corrientes en exceso de 15 µA a un voltaje de solo 0,4 V (lo normal es 0,7 V) y se cree que con la aplicación de nanotubos de carbono se podrían lograr voltajes de suministro tan bajo como 0,35V.
Actualmente los procesadores Core 2 Duo de Intel ponen de manifiesto el uso cotidiano de la nanotecnología con sus transistores de 45 nanómetros, y está previsto que para el año 2009 su tamaño se reduzca a 32  nanómetros. Estos transistores no son de nanotubos de carbono, pero Intel está estudiando sacar al mercado esta nueva tecnología en un futuro no muy lejano, ya que cabe esperar que los circuitos de silicio convencionales alcancen un límite físico de unos 10 nanómetros en los próximos 15 años aproximadamente.
A pesar de la gran cantidad de ventajas que presentan estos dispositivos, el problema de la aplicación de la nanotecnología del carbono a los transistores es la complejidad de su fabricación en cuanto a la colocación de los nanotubos en el lugar deseado. En referencia a esto, los avances son constantes pero lentos. Parece ser que el zafiro cristalino como sustrato facilitaría la colocación ordenada de nanotubos de carbono, permitiendo así la fabricación de transistores flexibles. Pero las investigaciones al respecto siguen a la orden del día. Los últimos avances ponen de manifiesto transistores que, en su función de interruptores automáticos, alcanzan frecuencias de corte de 30 GHz. La técnica utilizada para su fabricación se conoce como dielectroforesis, y permite una deposición uniforme de los nanotubos de carbono alineados sobre un sustrato de silicio. 

Morales R. Karelis
CI 18089995
EES secc2