LOGRAN OBSERVAR UNA NUEVA FORMA ULTRADURA DE CARBONO

El carbono es el cuarto elemento más abundante del universo y adquiere una gran variedad de formas, incluyendo la de diamante y la de grafito.

Ahora se ha descubierto una nueva forma de carbono que es capaz de soportar presiones extremas, algo sólo visto anteriormente en el diamante.

Este importante descubrimiento lo ha hecho un equipo dirigido por Wendy L. Mao y Yu Lin de la Universidad de Stanford, y en el que también han participado Ho-kwang (Dave) Mao, Li Zhang, Paul Chow, Yuming Xiao, Maria Baldini, y Jinfu Shu, del Laboratorio Geofísico del Instituto Carnegie, Estados Unidos.

El experimento comenzó con una forma de carbono denominada carbono vítreo, que fue sintetizada por primera vez en la década de 1950, y que combina propiedades deseables de los vidrios y las cerámicas con las del grafito.

El equipo creó la nueva forma de carbono comprimiendo carbono vítreo hasta más de 400.000 veces la presión atmosférica normal.

Esta nueva forma de carbono pudo soportar 1,3 millones de veces la presión atmosférica normal en una dirección, mientras se la mantenía confinada en otras direcciones a una presión de 600.000 veces la presión atmosférica.

No se ha observado otra sustancia, aparte del diamante, que soporte este tipo de presión, lo cual indica que la nueva forma de carbono tiene que ser muy fuerte.

Sin embargo, a diferencia del diamante y de otras formas cristalinas del carbono, la estructura de este nuevo material no está organizada en unidades atómicas repetitivas. Es un material amorfo, lo cual significa que su estructura no tiene el tipo de orden característico de los cristales.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA

Un paso más cerca de la nueva generación de chips basados en el grafeno

El material más delgado, más fuerte y con mejor conductividad a temperatura ambiente, descubierto en el 2004 en la Universidad de Manchester por Andre Geim y Kostya Novoselov, tiene el potencial de revolucionar la ciencia de los materiales.

El grafeno es una gran promesa para el desarrollo de dispositivos y equipamiento de tamaño nanométrico. Consta de una sola capa de átomos de carbono distribuidos en una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel.

Por haber demostrado las notables propiedades del grafeno, los dos científicos obtuvieron en el año 2010 el Premio Nobel de Física.

Ahora, el equipo de la Universidad de Manchester ha demostrado por primera vez cómo será el grafeno dentro de los circuitos electrónicos del futuro.

Intercalando dos hojas de grafeno con otro material bidimensional, el nitruro de boro, el equipo creó una estructura de varias capas que podría ser la clave para reemplazar los chips de silicio en los ordenadores.

Como hay dos capas de grafeno completamente rodeadas por el nitruro de boro, esto ha permitido a los investigadores observar por primera vez cómo se comporta el grafeno cuando está aislado de esta manera del entorno exterior.

Los últimos experimentos del equipo de investigación, en el que figura Leonid Ponomarenko, demuestran que el grafeno encapsulado dentro del nitruro de boro ofrece la mejor y más avanzada plataforma para la electrónica del grafeno en el futuro. Ello se debe sobre todo a que resuelve varios problemas sobre la estabilidad y la calidad del grafeno, que estaban pendientes de solucionar desde bastante tiempo atrás, y que representaban un serio obstáculo en el camino hacia el desarrollo pleno de la electrónica del grafeno.

Las notables propiedades del grafeno podrían conducir a la producción industrial de pantallas táctiles enrollables y flexionables, aeronaves más ligeras, receptores de TV de alta definición no mucho más gruesos que un poster y adheribles a la pared casi con tanta facilidad, y conexiones de internet de alta velocidad, por mencionar sólo algunas de las aplicaciones.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA

Crean un material con propiedades muy parecidas a las del grafeno

Después de que se otorgara el Premio Nobel en Física del 2010 a dos científicos que habían estudiado el grafeno, este material ha recibido mucha atención.

Ahora, en Alemania, junto con colegas de Corea del Sur, Frederik Wolff-Fabris del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR, por sus siglas en alemán) ha desarrollado y analizado un material que posee propiedades físicas similares a las del grafeno. Su estructura también se parece a la de cierta clase de superconductores de alta temperatura, y, definitivamente, tiene un futuro prometedor.

Meses atrás, Jun Sung Kim viajó desde Corea del Sur para usar el Laboratorio de Altos Campos Magnéticos de Dresde, y analizar varias muestras de materiales sometidas a campos magnéticos altos. Él y su colega de Dresde, Wolff-Fabris, estudiaron un metal y observaron algo asombroso: El material, que cuenta con tres elementos, estroncio, manganeso, y bismuto, se comporta de un modo físicamente similar a como lo hace el grafeno.

Debido a su composición, y a la posición de sus elementos en la Tabla Periódica, el nuevo material, SrMnBi2, permite de manera fácil doparlo con átomos ajenos. Insertando pequeñas cantidades de átomos ajenos se consigue alterar las propiedades físicas de un material. En el caso del SrMnBi2, esto podría resultar en la creación de nuevos superconductores, entre otras aplicaciones.

El SrMnBi2 también está actualmente siendo estudiado por otros grupos de investigación, pero sólo el uso de campos magnéticos extremadamente altos, como los generados en el Laboratorio de Altos Campos Magnéticos de Dresde, ha permitido alcanzar estos resultados.

Jun Sung Kim volverá pronto a Dresde para efectuar experimentos adicionales sobre este singular material, con la colaboración de Wolff-Fabris.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA

Nueva y revolucionaria clase de materiales comparables a resinas y gomas pero que se pueden trabajar como el vidrio

Reemplazar los metales por materiales más ligeros pero igualmente eficaces es siempre deseable para numerosos sectores industriales, como el aeronáutico, el automovilístico, el de la construcción, el electrónico y el de los artículos deportivos.

Debido a ello, un rasgo común de las tablas de windsurf, las aeronaves y los circuitos electrónicos, por citar tres ejemplos, es que todos contienen resinas que se usan por su ligereza, fortaleza y resistencia.

Sin embargo, una vez elaboradas y aplicadas, estas resinas no pueden ser remodeladas. Hasta ahora, sólo ciertos compuestos inorgánicos, incluyendo el vidrio, ofrecían esta posibilidad.

Combinar las propiedades de esas resinas y las del vidrio en un solo material parecía imposible, hasta ahora.

Un equipo de investigación dirigido por Ludwik Leibler, del Laboratorio de Materia Blanda y Química (CNRS/ESPCI Paris Tech), ha conseguido desarrollar una nueva clase de compuestos capaz de lograr esta proeza.

Reparable y reciclable, este nuevo material puede ser remodelado a voluntad y de una manera reversible, a altas temperaturas. Y además también retiene ciertas propiedades específicas de las resinas orgánicas y los cauchos: es ligero, insoluble y difícil de romper.

Barato y fácil de producir, este nuevo material podría utilizarse en numerosas aplicaciones industriales. Usado como la base de materiales compuestos, podría competir con metales y hallar múltiples aplicaciones en sectores tan diversos como la electrónica, la industria del automóvil, la construcción de edificios, la aeronáutica o la impresión.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA

VIDRIO QUE SE LIMPIA SOLO

Vidrios de ventanas, e incluso de gafas, que no necesitan nunca que los limpiemos porque poseen la capacidad de autolimpiarse. Parece algo exclusivo de la ciencia-ficción, pero es un avance que está ya a punto de ser logrado para el ámbito práctico, más allá de los prototipos de laboratorio.

Unos investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Maguncia y la Universidad Técnica de Darmstadt, ambas instituciones en Alemania, han producido una capa transparente especial de vidrio. Ni el agua ni el aceite logran afianzarse en esta capa. Esta capacidad se mantiene incluso estando la capa algo dañada. El material debe esta propiedad a su nanoestructura. Las superficies recubiertas de este modo podrían ser útiles en cualquier lugar donde la contaminación o incluso una película de agua resulten perjudiciales o simplemente molestas.

Este recubrimiento transparente desarrollado por el equipo de Doris Vollmer, del citado instituto, podría evitar que el agua y la suciedad se pegasen a las lentes de las gafas, a los parabrisas de los automóviles, y a los cristales de los ventanales en las fachadas de los rascacielos. También podría evitar que se adhirieran residuos de sangre o de líquidos contaminados al instrumental médico.

El recubrimiento consiste en esencia de un material muy simple: sílice, el principal ingrediente de todos los vidrios. Los investigadores lo recubrieron con un compuesto de silicio fluorado, lo cual hace que la superficie repela al agua y al aceite, de un modo comparable a lo que sucede en una sartén moderna del tipo en la que no se pega nada.

El factor clave en el diseño del nuevo recubrimiento es, sin embargo, la estructura de éste. La estructura de la capa se asemeja a una mezcla de laberinto y esponja, con poros totalmente desordenados, y una composición a base de pequeñas esferas. Esta estructura es lo que hace que el vidrio repela de manera tremenda al agua y al aceite. En una sartén con este tipo de recubrimiento, el agua y el aceite simplemente rodarían en forma de gotas.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA

Más cerca del uso práctico de diodos láser eléctricos de plástico

Un equipo de investigadores ha dado un importante paso adelante en el camino para encontrar el "santo grial" de los semiconductores plásticos, al demostrar una clase de material que podría hacer realidad los diodos láser plásticos conductores de la electricidad.

Los diodos láser convencionales, energizados eléctricamente, utilizados en productos de consumo cotidiano como los lectores de DVD, están basados en materiales semiconductores inorgánicos como el arseniuro de galio, el nitruro de galio y otras aleaciones relacionadas. El término "semiconductor" describe la capacidad del material de conducir una corriente eléctrica, y sus características están entre las de un conductor metálico y un aislante.

En el caso de un diodo láser, la corriente comprende cargas positivas y negativas que se combinan dentro del material y producen la luz inicial exigida para empezar el proceso por el que se generan rayos láser. Si la luz inicial puede ser forzada a atravesar de un lado a otro el material semiconductor muchas veces, de modo que se amplifique su intensidad en cada paso, entonces después de un corto tiempo surge un haz de luz láser espectralmente estrecho, intenso y direccional.

Las últimas dos décadas han visto espectaculares desarrollos en nuevos semiconductores basados en moléculas orgánicas, incluso una clase especial de plásticos. Se han desarrollado con éxito muchos importantes dispositivos basados en tales plásticos, incluyendo diodos emisores de luz para pantallas y alumbrado, transistores de Efecto Campo para circuitos eléctricos, y fotodiodos para la conversión de energía solar y la detección de luz. Sin embargo, a pesar de una década de investigación mundial, los diodos láser de plástico seguían siendo el único tipo importante de dispositivo que todavía no había sido producido con éxito.

Uno de los principales obstáculos era que, hasta ahora, se consideraba generalmente que los diodos láser de plástico semiconductor serían imposibles de producir porque los científicos no habían encontrado o desarrollado tipo alguno de plástico que pudiera conducir una corriente lo bastante grande y también permitiera la eficaz emisión de luz necesaria para producir un haz láser.

Ahora, un equipo de físicos del Imperial College de Londres ha hecho justo eso. Los plásticos estudiados, sintetizados por la compañía química Sumitomo, de Japón, están estrechamente relacionados con el PFO, un conocido material que emite luz azul. Haciendo sutiles cambios en la estructura química del plástico, los investigadores han producido un material que transporta las cargas 200 veces mejor que antes, sin comprometer su capacidad de emitir con eficacia la luz.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA

Nueva técnica para producción masiva de chips de grafeno

  (PANTALLAS FUTURAS DE GRAFENO)

El grafeno, descubierto en la Universidad de Manchester en el 2004, es una forma de carbono en la que los átomos están colocados de manera que constituyen un plano con un solo átomo de espesor. Los expertos creen que el grafeno es la clave para una electrónica más pequeña y rápida. También podría presentar efectos de mecánica cuántica que permitirían nuevos tipos de electrónica.

Hasta ahora, la mayoría de los investigadores podían crear sólo dispositivos diminutos de grafeno de uno en uno, y sólo en substratos tradicionales de óxido de silicio. No podían controlar dónde ubicarían los dispositivos en el substrato y tenían que conectarlos a otros dispositivos electrónicos de uno en uno para probarlos.

Nitin Padture y sus colegas han ideado una técnica para estampar simultáneamente muchas hojas de grafeno sobre un substrato en ubicaciones muy precisas. Ellos diseñaron la técnica para poder aprovechar la infraestructura estándar de fabricación de chips.

El grafeno tiene un gran potencial; no en vano ha sido denominado “el nuevo silicio”. Pero no ha habido un buen proceso que permitiera emplearlo en la fabricación de chips a escala industrial. La industria cuenta con varias décadas de desarrollo y experiencia en tecnologías que son aprovechables, pero sólo si se consigue crear millones de estas estructuras de grafeno en patrones precisos en las ubicaciones predeterminadas y repetidamente.

Los investigadores han demostrado que una sola hoja, o incluso unas pocas hojas, de grafeno, pueden exhibir propiedades especiales.

Una de tales propiedades es una movilidad muy alta, que permite a los electrones pasar a través del material muy rápidamente, una buena cualidad cuando se trata de forjar una electrónica de alta velocidad.

Otra cualidad interesante es el magnetismo: Sería posible utilizar campos magnéticos para controlar el espín de los electrones del grafeno, lo que permitiría una electrónica basada en el espín, también llamada espintrónica.

Y no menos prometedora resulta la capacidad del grafeno de cambiar drásticamente sus propiedades cuando toca a otros materiales. Eso lo hace un buen candidato como material con el que fabricar sensores químicos.

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VÍCTOR LÓPEZ GARCÍA