Archivo para la categoría 'Imágenes de la Nanotecnología'

Grafeno para el análisis de muestras liquidas por microscopia electrónica

Dia a dia llegan nuevos avances relacionados con el grafeno, en este caso se trata de un grupo de físicos del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST),  con un artículo publicado en la revista Science donde explican cómo se puede llevar a cabo una estructura tipo sándwich de grafeno en la que puede  introducirse  muestras liquidas para ser estudiado mediante microscopia electrónica de transmisión (TEM) .

Solución encapsulada entre dos paneles de grafeno. Imagen de Lee Alivisatos y Zettl. (KAIST)

La problemática que plantean los autores de la investigación (Jong Min Yuk Jungwon Park, Peter ErciusKwanpyo KimDaniel J. Hellebusch, Michael F. CrommieJeong Yong LeeA. ZettlA. Paul Alivisatos) se basa en que los microscopios requieren condiciones de vacío mientras las muestras están expuestas al impacto de los electrones, pero los líquidos se evaporan, lo que impide el estudio de estas muestras. Una solución que se ha planteado a lo largo del tiempo ha sido el empleo de Si3N4 o SiO2  como material de las ventanas de las células de fluidos utilizadas para el estudio.  Debido a que el ancho, (10 – 100) nm,  de este material en la célula las imágenes creados no dan alta calidad y resolución.

¿Pero que es el grafeno? El grafeno es una molécula con un número de anillos aromáticos fusionados y con el grosor de sólo un átomo de carbono. Ademas tiene unas interesantes propiedades eléctricas rigidez y transparencia.

Esta propiedad es la que es objeto de uso en esta investigación.  Al encerrar un líquido  entre láminas de grafeno podrían ver imágenes debido a su bajo espesor. Por lo que además las  imágenes deberían de ser de una calidad  más alta.

Las células liquidas o ( GLC, graphene liquid cells)fueron creadas de la siguiente manera:

Primeramente, el grafeno se crece sobre un sustrato de cobre por la técnica de CVD ( Chemical vapor deposition), una solución de  Pt crecida se pipetea directamente entre las láminas de grafeno.

La zona oscura se trata del lugar de encapsulamiento del líquido. Imagen de Lee Alivisatos y Zettl. LBNL. (KAIST)

El resultado fue óptimo porque pudieron ver el crecimiento con alta resolución de nanocristales.  Ya están  pensando en las posibles aplicaciones de este proyecto para otras áreas como puede ser la medicina, bioquímica etc.

Este grupo de científicos por tanto introducen el GLC como un nuevo tipo de célula que avanza en el análisis del estudio de fases liquidas por ME, dando la opción de encapsular especímenes líquidos para ser observados como mayor calidad y resolución consiguiendo hasta la fecha la menor perturbación en la muestra. El GLC ha permitido el estudio de crecimiento coloidal de nanocristales con una resolución sin precedentes, revelando una multitud de fenómenos antes inesperados. Directamente hemos

More information: High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells, Science 6 April 2012: Vol. 336 no. 6077 pp. 61-64. DOI: 10.1126/science.1217654

http://esciencenews.com/articles/2012/04/09/high.resolution.atomic.imaging.specimens.liquid.tem.using.graphene.liquid.cell

Se crea la tarjeta de navidad más pequeña del mundo

Por Carlos García Jiménez

Desde el 25 de Diciembre de 2010 la Universidad de Glasgow, en Escocia, Reino Unido, ostenta dicho record en el libro de la World Records Academy (http://www.worldrecordsacademy.org/technology/smallest_Christmas_card_University_of_Glasgow_set_world_record_102035.html )

 

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Investigadores en nanotecnología liderados por el profesor David Cumming (http://www.elec.gla.ac.uk/groups/nano/mst/staff/David_Cumming.html), consiguieron fabricar una tarjeta con unas medidas de 200 micrómetros de ancho por  290 micrómetros de alto lo que hace necesario el uso de un microscopio para poder visualizarla. En la imagen aparece un árbol de navidad grabado en una pequeña pieza de vidrio.

El propio Cumming comentó "para poner esto en algún tipo de perspectiva, un micro-metro es una millonésima de un metro. El ancho de un cabello humano es de unos 100 micro-metros". Su superficie es tal que podría caber 8.276 veces en la superficie de un sello de correos.

La tecnología utilizada para la grabación de la imagen se denomina resonancia de plasmones superficial sobre una película de aluminio y permite crear estructuras (hendiduras, protuberancias, agujeros…) en las superficies metálicas en escalas micrométricas o nanométricas con gran precisión y control gracias a los plasmones. (http://es.wikipedia.org/wiki/Plasm%C3%B3n ).

Según Cumming "El proceso para la fabricación de la tarjeta sólo duró 30 minutos. La producción es muy fácil por la alta repetitividad del proceso, aunque lo que sí tomó más tiempo fue el proceso de diseño.", destacó.

 

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Con este experimento los investigadores quieren destacar el avance significativo en la investigación sobre nanotecnología y recalcar la importancia de esta ciencia en la sociedad y como en un futuro muy próximo ocupará un papel muy importante en todos los hogares "la tecnología utilizada en la fabricación de esta tarjeta de Navidad tendrá aplicaciones relevantes en la vida cotidiana a futuro, incluso en productos tales como televisores y cámaras.".

Fuentes

http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2010/12/101226_tarjeta_navidad_mas_pequena_curiosidad_nanotecnologia.shtml

http://www.youtube.com/watch?v=ztX3yFOHoNI

Microscopio Eléctronico de Transmisión. Imágenes 3D de la nanotecnología

Por Sandra Fernández Cejudo

Los últimos avances de la nanotecnología han permitido el desarrollo de técnicas capaces de reproducir nanopartículas en 3D. Subhash Risbud, profesor de Ingeniería Química y Ciencias de los Materiales, John Miao, de UCLA, y sus compañeros de investigación en Japón y Taiwán acaban de elaborar un artículo que presenta en sociedad al Microescopio de Transmisión eléctrica (TEM) que permitirá desarrollar elementos mejorados en campos como la electrónica o la biotecnología.

El microscopio electrónico de transmisión (TEM) se ha utilizado para estudiar los nanomateriales, pero dada la baja penetración en los materiales, el proceso de preparación de la muestra suele ser complicado y destructivo. Además, el TEM sólo proporciona imágenes de dos dimensiones.

Esta tecnología se basa en hacer pasar un barrido electrónico de alta densidad a través del objeto sometido a estudio. La iteracción de estas cargas con el objeto en cuestión proporciona una imagen focalizada en una pantalla fluorescente o film fotográfico, que sirven como pantalla reproductora.

El TEM es capaz de proporcionar unas imágenes de alta resolución que los microescopios tradicionales, además la disposición de sus sensores permite desarrollar dichas imágenes sobre una plataforma tridimensional. Esta resolución permite obervar detalles a una amplia escala, por ejemplo, permite divisar una columna de átomos a nivel nanométrico. Este rango de observación es útil para sectores biocientíficos y psicocientíficos, gracias a su aplicación para elaborar estudios sobre defectos neuronales del cortex, parte de sus aplicaciones también están dirigidas a sectores como el tratamientos contra el cáncer, virología y ciencia de materiales.

Este tipo de microscopios se une a la lista de microscopios nanotecnológicos, como pueden ser de Barrido, de Microsonda, de emisión de Iones o de Efecto Tunel.

Gracias a esta tecnología se pueden fotografiar áreas inferiores a 14nm, que pueden llegar a diferenciarse según su número atómico.

Las partes principales de un microscopio electrónico de Transmisión son:

  • Cañón de electrones, genera el barrido electrónico que proporciona la imagen.
  • Lentes magnéticas encargadas de enfocar el haz electrónico.
  • Sistema de vacío es una parte muy importante del microscopio electrónico. Debido a que los electrones pueden ser desviados por las moléculas del aire, se debe hacer un vacío casi total en el interior de un microscopio de estas características. Para conseguir este flujo constante de electrones se debe operar a bajas presiones. Esto se realiza para favorecer el contraste de carga entre cátodo y tierra sin que se produzca un arco eléctrico.
  • Placa fotográfica o pantalla fluorescente se coloca detrás del objeto a visualizar para registrar la imagen aumentada.
  • Sistema de registro que muestra la imagen que producen los electrones, que suele ser una computadora.
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Ejemplos de imágenes 3D, el TEM y la biotecnología:

En el siguiente dibujo se puede apreciar la Synechococcus, una cianobacteria unicelular que se reproduce con bastante frecuencia en el medio acuático. Su tamaño medio oscila entre los 0.8 hasta los 1.5 µm.

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La alta concentración de este tipo de bacterias se denomina comúnmente plactom tropical. Gracias a esta técnica se han obtenido perfiles tridimensionales de la citada bacteria descubiera en 1951.

Otra curiosa imagen obtenida por dicho electroescopio es la de una serie de hilos de nanofibras, en concreto nanofilamentos de carbono. Una de las aplicaciones principales de estos nanofilamentos es como carga en materiales compuestos de matriz polimérica, tanto para dotar al polímero de conductividad como para  mejorar las propiedades mecánicas.

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Links de interés:

Materiales Carbonosos. http://iq.ua.es/~nacho/inves.html

TEM http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy

Synechococuss http://en.wikipedia.org/wiki/Synechococcus

“Nanometrópoli” ganadora del Premio Nacional de Fotografía Científica

En este momento se encuentra en proceso el concurso nacional  de fotografía científica FOTOCIENCIA09. La galería de imágenes con las fotografías presentadas a concurso está disponible desde el lunes 9 de noviembre de 2009, fecha en que se abrió el plazo para la votación on line a través de esta página Web y finalizará el domingo 22 de noviembre de 2009, coincidiendo con la celebración de la Semana de la Ciencia. El fallo del concurso se hará público a partir del 10 de diciembre de 2009.

En la edición anterior la nanotecnología tuvo un pape relevante. FOTCIENCIA08  fué la sexta edición de este certamen de fotografía científica a nivel nacional organizado por la FECYT y el CSIC, cuyo objetivo es "acercar la ciencia y la tecnología a los ciudadanos mediante una visión artística y estética sugerida a través de imágenes científicas y un comentario escrito del hecho científico que ilustran". En esta edición había dos categorías: General y Micro, correspondiendo esta última a objetos cuyas dimensiones reales fueran menores que un milímetro. En total se presentaron 660 fotografías concediéndose en cada categoría un primer premio y un áccesit, además de un diploma para las fotografías más votadas por los internautas y un Premio especial relacionado con la astronomía por haber sido el Año Internacional de la Astronomía.

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El primer premio de la categoría Micro ha recaído sobre una imagen que muestra nanoestructuras cristalinas con forma de agujas y placas con dimensiones de unas decenas o centenas de nanómetros y que fue obtenida en un microscopio electrónico de barrido. La imagen se encuadra en la investigación que llevamos realizando en los últimos años sobre nanoestructuras de óxido de galio [1-3] y otros materiales semiconductores. El óxido de galio en su fase monoclínica, β-Ga2O3, presenta propiedades muy interesantes para aplicaciones en el campo de la electrónica y fotónica por poseer una muy alta estabilidad química, térmica y mecánica, así como ser prácticamente el TCO (transparent conductive oxide) con mayor intervalo de energías prohibidas (casi 5 eV). Las propiedades de conducción se pueden modificar y controlar gracias a la introducción de defectos intrínsecos (vacantes de oxígeno principalmente) y extrínsecos (por ejemplo, silicio). El valor del intervalo de energías prohibidas hace que el material sea transparente en el UV hasta unos 260 nm, lo que permite la introducción de impurezas que, por ejemplo, emitan radiación electromagnética con una longitud de onda que podemos definir en los rangos ultravioleta-visible-infrarrojo. Todo ello explica el gran interés que se está poniendo en este material con el fin de utilizarlo para aplicaciones optoelectrónicas.

En particular, nosotros hemos centrado nuestra investigación en la obtención de nanoestructuras mediante tratamientos térmicos que proporcionen diferentes morfologías, así como en el dopado con elementos ópticamente activos, como son algunos metales de transición y algunas tierras raras. Con ellos podemos hacer que las estructuras emitan luz con las longitudes de onda deseadas en el UV-visible-IR [1-3]. Por otro lado, este material también posee un índice de refracción relativamente alto (~2). Por ello era de esperar su idoneidad para aplicaciones fotónicas. En particular, hemos demostrado el comportamiento de nanohilos como guías de luz [2].

Se muestran a continuación el texto que acompañaba la imagen presentada al concurso:

"Los cristales han llamado la atención del ser humano desde siempre, ya sea por su crecimiento natural con superficies poliédricas, por sus vistosos colores o por su perdurabilidad. En los últimos años, muchos científicos, y también no científicos, hemos dirigido nuestra atención a cristales de tamaños nanométricos por ser la base de buena parte de la nanotecnología, por los nuevos y espectaculares fenómenos que en ellos se dan y, cómo no, por la misma fascinación de siempre trasladada a dimensiones sólo un poco superiores a las de los constituyentes elementales de la materia. Tenemos métodos para hacer que, sin necesidad de moldes, estos nanocristales crezcan con diferentes tamaños y adquieran, bien formas sencillas como nanohilos, o bien formas más complejas. Además sabemos cómo concederles diferentes colores para que funcionen como detectores/emisores de luz y/o como fibras ópticas por donde guiarla y amplificarla.

La imagen (19 μm x 7 μm) presenta nanoestructuras de un óxido metálico obtenido en laboratorio que evocan el perfil de una metrópoli, ofreciendo una conexión visual entre su mundo sub-micrométrico y nuestras dimensiones humanas, donde serán integradas"

[1] E. Nogales, B. Méndez, J. Piqueras, Appl. Phys. Lett. 86 113112 (2005)

[2] E. Nogales, J.A. García, B. Méndez, J. Piqueras, Appl. Phys. Lett. 91 133108 (2007)

[3] E. Nogales, B. Méndez, J. Piqueras, Nanotechnology 19 035713 (2008)

FotCiencia09

Se ha abierto el plazo para la votación popular de las imágenes participantes en la 7ª edición de FotCiencia. Tenéis hasta el 22 de noviembre de 2009, coincidiendo con la celebración de la Semana de la Ciencia. En el apartado de Micro pueden verse hermosas imágenes relacionadas con la Nanotecnología.

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Para saber un poco más: FOTCIENCIA es un certamen de fotografía científica convocado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) cuyo objetivo es acercar la ciencia y la tecnología a los ciudadanos mediante una visión artística y estética sugerida a través de imágenes científicas y un comentario escrito del hecho científico que ilustran.

AFM: viendo enlaces atómicos

Por Gurkhy

En 1981 en los laboratorios de IBN en Zürich, Gerd Binning y Heinrich Rohrer desarrollaron el microscopio de efecto túnel (STM), recibiendo en 1986 el Premio nobel de Física. Ese mismo año, en 1986, el mismo equipo inventó el Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM): se abrió la puerta al mundo en la nanoescala.

Se podían ver átomos. Uno a uno.

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El término microscopio no es muy adecuado aquí. Para poder observar muestras a escala atómica, sean éstas conductoras o no, es necesario contar con la ayuda de un sistema piezoeléctrico muy preciso al que está adherido un "cantilever" (barra flexionable de tamaño nanométrico) que a su vez tiene en el extremo una punta muy afilada, tanto como sea posible (y en verdad es muy posible afilar puntas hasta muy pocos átomos en el extremo). Se acerca la punta muy poco a poco hacia la muestra, de manera controlada con el piezoeléctrico, y en el momento justo de contacto dejan de existir punta y muestra y lo que ocurre es una interacción entre átomos de la punta y átomos de la superficie. De hecho la mayor parte de la fuerza de atracción (fuerza atómica) ocurrirá entre los dos átomos más cercanos, de modo que la precisión es asombrosa. El AFM se ha desarrollado para medir diferentes propiedades del material: densidad, dureza, fricción, rugosidad, magnetismo, etc.

Y el 28 de agosto, hace menos de un mes aparece en la prestigiosa revista Science un artículo que asegura poder ver la estructura química del pentaceno, una molécula orgánica bien conocida. ¿Qué tiene de novedad? ¿Qué hace diferente esta investigación si hace más de veinte años que podemos "ver" átomos?

Los investigadores de esta revista también vienen de los laboratorios de IBM en Zürich, y esta vez aseguran ver el enlace químico.

¿Qué es el enlace químico? Básicamente un intercambio de eletrones entre átomos. ¿Es un palitroque que une moléculas? ¿se puede ver? Realmente no, no es más que vacío, con una densidad electrónica distribuida de una manera concreta: los electrones se encuentran más a menudo en una zona que en otra, produciendo una fuerza eléctrica que une los átomos, en función de su electronegatividad, o tendencia a atraer átomos para formar estructuras más estables. ¿Y cómo se puede ver? Básicamente con un AFM, pero preparando la punta a conciencia (esto es realmente difícil: existen métodos de ataque químico muy controlados y métodos de litografía que se están desarrollando poco a poco), conociendo muy bien su forma (para ello es necesario estudiar su morfología con microscopios de barrido de electrones, SEM, pero teniendo cuidado de no estropear la afilada punta con los propios electrones…) y haciendo muchas simulaciones teniendo en cuenta las fuerzas que realmente ocurren cuando se usa este aparato: atracción electrostática, fuerzas de Van der Waals y fuerzas repulsivas de Pauli. Las fuerzas que predominan son las fuerzas electrostáticas entre los átomos que queremos ver y el átomo de la punta.

¿Pero qué ocurre si lo que queremos ver no son átomos sino el enlace químico? Entonces las simulaciones tienen que hacerse de manera muy astuta y las mediciones han de ver lo que no se puede ver: hay que estudiar las pequeñas variaciones que ocurren cuando la punta abandona un átomo para medir el siguiente, y en su camino se encuentra (o no) con los electrones del enlace, que "suelen estar" más en ciertas zonas.

Parece un pequeño avance, pues no es más que un refinamiento del AFM, viejo conocido, pero la capacidad de "ver" el enlace químico de una molécula abre nuevas puertas al entendimiento del complejo mundo de la interacción entre las moléculas con las superficies: biomateriales funcionales, conductores orgánicos, detalles íntimos de reacciones químicas y catálisis, etc. Todo ello meritorio de un gran premio cientifico: la publicación en una prestigiosa revista.

Links de interés:

Blog del anuncio de este descubrimiento:
http://cnho.wordpress.com/2009/08/29/espectacular-imagen-de-una-molecula/

Artículo original en la revista Science: http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/325/5944/1110
Gross, L. et al., The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy, Science, 325, pp. 1110 – 1114 (2009). DOI: 10.1126/science.1176210

Simuladores de AFM, unos applets muy instructivos:
http://www.nanoscience.com/education/software.html

Web con imágenes 3-D de muestras estudiadas y puntas de AFM:
http://www.nccr-nano.org/nccr/media/gallery

Echa un vistazo a estos videos para aprender más sobre los nanotubos de carbono

Por David Maestre

Desde el comienzo de este blog, han sido muchos los posts relacionados con las propiedades y aplicaciones de los nanotubos de carbono en el ámbito de la nanotecnología. Las importantes propiedades que poseen estos versátiles materials les capacitan para sustentar el desarrollo de nuevas e interesantes aplicaciones industrials, médicas, deportivas…como ha quedado patente a lo largo de este blog.

Sin embargo, si bien en este blog se han tratado múltiples temas relacionados con los nanotubos de carbono, tal vez se eche en falta algún tipo de explicación de carácter más divulgativo con la que todos podamos comprender mejor estos materiales, a cuya presencia tendremos que acostumbrarnos en un furturo no muy lejano. De hecho, algunas de las aplicaciones basadas en nanotubos de carbono ya se están comercializando a dia de hoy.

En los siguientes enlaces podréis encontrar una serie de vídeos divulgativos en español realizados por nano2hybrids y Vega Trust, en los que aprender cómo se fabrican los nanotubos de carbono (mediante arco de descarga y CVD), cómo podemos verlos (empleando técnicas como la microscopía electrónica de barrido o la microscopía electrónica de transmission), así como algunas de sus aplicaciones.

Pinchando en las siguientes imágenes, podréis acceder a los vídeos sobre:

cómo se fabrican los nanotubos de carbono…

como-se-fabrican-nc.jpg

…cómo se pueden ver…

como-se-ven-los-nc.jpg

…y algunas de sus aplicaciones.

aplicaciones-de-nc.jpg

Otros enlaces de interés donde podréis encontrar más vídeos:

http://www.youtube.com/watch?v=kn-jeq8_p-Q&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=6k3U2rCOvVc&feature=related

Nanoguitarras

Por Irene Palacio 

Hace 6 años el grupo de Craighead de la Cornell University (US) construyó la guitarra más pequeña del mundo, para demostrar así la posibilidad de hacer nanodispositivos usando técnicas hasta el momento destinadas para la microelectrónica. Realmente, con esta propuesta se demuestra como estos nanodispositivos (NEMS y MEMS) son un sustituto para los componentes de un circuito, pudiendo hacer así componentes más pequeñas, baratas y eficientes.Las dimensiones de la famosa nanoguitarra son 10μm de largo (como el tamaño de una célula) y seis cuerdas de unos 50 nm cada cuerda.

    Como ya es un hecho, la EBL (electron beam lithography) es una de las técnicas más extendidas a la hora de crear patrones muy pequeños (del orden de nanómetros). Esta técnica consiste en hacer llegar un haz de electrones a la superficie de la muestra, que está cubierta previamente con una resina. Los electrones producirán un cambio químico en esta resina, lo que permitirá crear un patrón en la superficie de la misma.

La nanoguitarra está esculpida en un monocristal de silicio sobre un sustrato de óxido de silicio utilizando la técnica de EBL. EL oxido puede ser eliminado fácilmente usando un método químico húmedo. El resultado es, en este caso, la nanoguitarra esculpida sobre silicio.

Se ha observado recientemente que la luz proveniente de un láser puede hacer que un dispositivo oscile, como serían las cuerdas en este caso. La nanoguitarra se toca enfocando el láser hacia las cuerdas. Cuando las cuerdas vibran se crean patrones de interferencia en la onda reflejada, lo que puede detectarse y ser electrónicamente convertido en notas audibles. A pesar de poder activar más de una cuerda a la vez de la nanoguitarra sólo se obtienen monotonos. 

Las cuerdas de la nanoguitarra vibran a una frecuencia 18 octavas menor a la de una guitarra normal. Evidentemente, nadie puede oír la nanoguitarra, pero sí pueden detectarse sus vibraciones y ser amplificadas hasta conseguir tonos audibles.  En el siguiente link: http://www.news.cornell.edu/releases/Nov03/NEMSguitar.ws.html pueden oírse dos canciones: "Bugle Call", tocada con una sola de las cuerdas y "Cagey", llamada así por su similitud con una de las caóticas composiciones de Jhon Cage, en este caso se ha tocado más de una cuerda con ayuda de un haz láser.

La posibilidad de crear nanodispositivos que vibren a altas frecuencias da lugar a un gran abanico de posibles aplicaciones en electrónica. La frecuencia a la que un objeto vibra depende de su masa y de sus dimensiones. Los objetos a nanoescala, pueden vibrar sobre los cientos de MHz (ondas de radio), con lo que pueden sustituir a componentes de circuitos electrónicos. Móviles y otros dispositivos wireless, por ejemplo, usan normalmente la oscilación de un cristal de cuarzo para generar la onda envolvente sobre la que se transmite la señal. Una nanocinta que vibra podría hacer el mismo trabajo pero en un espacio mucho menor, y además consumiendo tan sólo unos pocos miliwatios.  Este tipo de dispositivos, pueden ser también utilizados para detectar vibraciones que ayuden a localizar objetos o detectar sonidos tenues que puedan predecir el fallo de una maquinaria o de sus estructuras.

Por otra parte, los NEMS se pueden usar para modular luz, es decir se pueden usar como fibras ópticas en sistemas de comunicación. Normalmente en este tipo de sistemas se requiere un láser para cada final de fibra, de manera que haya comunicación en los dos sentidos. En Cornell sugieren que un sólo láser en uno de los lados, podría enviar un haz que sería modulado y reflejado por un dispositivo NEMS de este tipo. Esto sería mucho más barato a la hora de trabajar con fibra óptica y llevarla a oficinas o casa de particulares.

Actualmente el grupo de Craighead sigue investigando los materiales más eficientes para hacer NEMS, cómo trabajan estos NEMS y las funciones que pueden llegar  a realizar.

Si quieres saber más sobre la nanoguitarra, puedes pinchar en los siguientes links:

http://www.news.cornell.edu/releases/July97/guitar.ltb.html

http://www.news.cornell.edu/releases/Nov03/NEMSguitar.ws.html

http://www.physicscentral.com/action/200/nanoguitar.html

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Nuevos materiales: el grafeno

Por Vanessa González 

 

De todos es conocido que  el material semiconductor por excelencia es el Silicio. No obstante, se están desarrollando nuevos materiales con propiedades de conductividad extremadamente buenas que podrían utilizarse en la nanoelectrónica. Este es el caso del grafeno, fabricado por primera vez en un laboratorio en el año 2004.

El grafeno es una forma particular de disponer los átomos de carbono, así como los fullerenos y los nanotubos de carbono. En el grafeno los átomos de carbono se unen en láminas planas de un átomo de espesor, formando un panal de abejas hexagonal (con un átomo en cada vértice).

 

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                                                  Grafeno

 

 

En el caso de que se coloquen muchos panales uno sobre otro, se tiene grafito, como es el caso de los lápices comunes. Si se enrolla una porción de una de esas láminas en forma de esfera, como un balón de fútbol, se producen fullerenos, unas moléculas de tan gran interés que a sus descubridores se les concedió el Nobel de Química del año 1996. Si se enrolla el panal formando un cilindro, se tiene un nanotubo de carbono.

 

 

 

 

               vanessa2.png              vanessa3.png

                        Fullereno                          Nanotubo de carbono

Como ya se había predicho hace algunos años, una lámina bidimensional, casi plana, de carbono es  termodinámicamente inestable. De ahí, que el grafeno que se ha conseguido sintetizar hasta ahora no es perfecto, y posee defectos microscópicos que son los que le otorgan parte de sus propiedades tan especiales. Entre ellas, cabe destacar las siguientes:

 - Los electrones que se mueven en el � �Spanal� �� formado por celdas hexagonales con átomos de carbono en los vértices, debido a la interacción con esta red, se comportan como cuasipartículas sin masa llamadas fermiones de Dirac, que se mueven a una velocidad constante cercana a la velocidad de la luz. De manera que pueden mostrar comportamientos relativistas que pueden corroborar experimentalmente lo que se había predicho hace más de 50 años de manera teórica.

 - El paso de los electrones por el grafeno origina un efecto Hall cuántico que es imprescindible para su comportamiento como semiconductor. No obstante mientras que otros semiconductores sólo presentan este efecto a temperaturas muy bajas, el grafeno lo mantiene a temperatura ambiente, lo que le convierte en un semiconductor excelente y su conductividad eléctrica nunca puede ser cero, incluso cuando no hay electrones libres en el grafeno.

 - Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no limitarse a un camino recto como ocurre en los transistores convencionales de Si, donde se crean pequeños tubos por donde circula la corriente eléctrica. 

En resumen, el grafeno es un semiconductor que puede operar a escala nanométrica y a temperatura ambiente, con propiedades que ningún otro semiconductor ofrece.

Este material ha llegado para revolucionar la electrónica permitiendo fabricar dispositivos electrónicos muchos más pequeños que cualquiera de los que existen actualmente. Sólo falta desarrollar algún proceso industrial para fabricar el material con las propiedades semiconductores de manera masiva. Pero todo está por llegar. Cada vez está más próximo el momento del relevo para el Silicio.

PUNTOS CUÁNTICOS DE GaN, APLICACIONES EN DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

Por Francisco Galán 

 

Durante los últimos años han sido desarrollados dispositivos emisores de luz con alta eficiencia, desde el UV hasta el IR usando semiconductores formados por nitruros de metales del grupo III-b, como por ejemplo GaN , abriendo así un gran campo de aplicaciones entre las que podemos destacar la obtención de LEDs (diodos de emisión de luz) verdes y azules y la obtención de diodos láser azules para lectores de DVD que permiten una mayor capacidad de almacenamiento en los mismos que los actuales diodos láser rojos, debido a su menor longitud de onda. Esto es la base del famoso Blu Ray ®. El problema con estos dispositivos es la alta densidad de dislocaciones con que se producen hasta la fecha, lo cual hace disminuir su eficiencia cuántica. Esto quiere decir que disminuye el porcentaje de relajaciones electrónicas que se producen con emisión de luz porque aumentan las relajaciones electrónicas a través de las vibraciones de los átomos que forman la red cristalina. En los LEDs de GaN la densidad de dislocaciones suele ser de 109-1010 cm-2, mientras que para los diodos láser de GaN esta densidad de dislocaciones debe ser reducida y suele ser de 106-107 cm-2., y esto se debe a que hasta estos últimos años no han sido desarrollados sustratos de GaN sobre los que crecer los diodos del mismo GaN.

 

Una forma de eliminar la influencia de las dislocaciones en la estructuras emisoras de luz consiste en usar puntos cuánticos (las tres dimensiones del orden de los nanómetros) en la zona activa del material.

 

En la última década ha habido una extensa investigación sobre estos puntos cuánticos en semiconductores. Comparado con el material masivo (tres dimensiones) y con los pozos cuánticos (dos dimensiones), los puntos cuánticos son el prototipo de sistema de cero dimensiones. Los estados electrónicos en los puntos cuánticos están localizados y la energía está totalmente cuantizada. Debido a la cuantización, la densidad de estados cerca del gap es menor, es decir, los niveles electrónicos están más localizados que en sistemas de tres y dos dimensiones, lo que lleva a una mayor deslocalización del momento de esos electrones y por tanto a una mayor eficiencia para las transiciones ópticas. Esta es la más deslumbrante ventaja de los puntos cuánticos para potenciales aplicaciones en dispositivos emisores de luz y en dispositivos detectores.

Además, los puntos cuánticos son más estables a las perturbaciones térmicas y localizan a los portadores inhibiendo su migración a centros de recombinación no radiativa como son las dislocaciones.

 

De entre los distintos métodos para el crecimiento de puntos cuánticos de semiconductores, el más relevante es el de Stranski-Krastanow de autoorganización ("self assembling") de los puntos cuánticos, que consiste básicamente en un crecimiento 2D de varias monocapas de semiconductor, llamada capa mojante ("Swetting layer") seguido de la autoformación de pequeñas islas que son los puntos cuánticos: cuando comienzan a crecer las primeras capas del semiconductor sobre el sustrato, debido a la diferencia entre los parámetros de red y entre los coeficientes de dilatación de ambos, el semiconductor va creciendo con una energía elástica acumulada, que va creciendo a medida que aumenta el espesor de la película de semiconductor que se está creciendo, por lo que llegado a un espesor crítico se va a producir la relajación de la película de semiconductor. En este caso, el campo de tensiones fuerza a los átomos a coalescer y la relajación elástica se puede producir en parte mediante la formación de nanoislas sobre esta capa mojante. Estas nanoislas, libres de dislocaciones, son los puntos cuánticos, y sus dimensiones suelen ser piramidales como se puede ver en la imagen, con una altura de uno 3-8 nm y una anchura de unos 10-30 nm.

 

El GaN por ejemplo se puede crecer por MBE (epitaxia de haces moleculares) sobre un sustrato de silicio (también se pueden usar como sustratos el zafiro y el SiC, pero son más caros) poniendo entre ambos una capa de unos 3000 nm de AlN (� �Sbuffer� �� o � �Scolchón� ��), que posee la misma estructura cristalina que el GaN (wurtzita) y consecuentemente un parámetro de red y un coeficiente de dilatación térmica más parecidos a los del GaN, y que es capaz de absorber y disipar la mayoría de las tensiones producidas por los distintos parámetros de red y coeficientes de dilatación térmica entre el GaN y el silicio. Tras la deposición de unas pocas monocapas de GaN sobre el AlN (entre 3 y 12), se interrumpe el crecimiento por unos pocos segundos (10 ó 12 s) y se produce la autoformación, debido a la relajación de la red del GaN, de esas pequeñas islitas de GaN llamadas puntos cuánticos.

 

            fran3.png

 

En la imagen podemos ver un apilamiento de puntos cuánticos de GaN separados de capas de � �Sbuffer� �� de AlN.