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Transistores de silicio de un átomo de espesor son prometedores para una informática súper rápida

Investigadores de la Universidad de Texas en la Escuela de Ingeniería Cockrell de Austin han creado los primeros transistores hechos de Siliceno, el material de silicio más delgado del mundo. Su investigación promete construir chips de computadora mucho más rápidos, pequeños y eficientes

Hechos de una capa de silicio de un átomo de espesor, el siliceno tiene excelentes propiedades eléctricas, pero hasta ahora ha sido difícil producirlo y trabajar con él.

Deji Akinwande, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Escuela de Cockrell, y su equipo, incluyendo el investigador principal, Li Tao, resolvieron uno de los principales desafíos que rodean el siliceno, demostrando que se pueden hacer transistores, dispositivos semiconductores utilizados para amplificar y conmutar señales electrónicas y energía eléctrica.

Los novedosos dispositivos desarrollados por Akinwande y su equipo sobre el más delgado de los materiales semiconductores, un sueño de larga data de la industria de los chips, podrían allanar el camino para las futuras generaciones de chips de computadoras más rápidos y de menor consumo. Su trabajo fue publicado esta semana en la revista Nature Nanotechnology.

Hasta hace unos años, que el hombre pudiese hacer siliceno era materia puramente teórica. Observando el grafeno, a base de carbono, otro material de un átomo de espesor que es promisorio para el desarrollo de chips, los investigadores especularon que los átomos de silicio podrían estructurarse de una manera muy similar.

Akinwande, que también trabaja con transistores de grafeno, ve valiosa la relación del siliceno con el silicio, un material con el que los fabricantes de chips ya saben trabajar.

«Aparte de la introducción de un nuevo jugador en el campo de juego de los materiales en 2D, el siliceno, con su estrecha afinidad química con el silicio, implica una oportunidad en la hoja de ruta de la industria de los semiconductores», dijo Akinwande. «El gran avance aquí es la fabricación eficiente a baja temperatura y la fabricación de dispositivos de siliceno por primera vez.»

A pesar de su promesa de una adaptación comercial, el siliceno ha demostrado ser extremadamente difícil de producir y trabajar debido a su complejidad y su inestabilidad cuando se expone al aire.

Para evitar estos problemas, Akinwande se asoció con Alessandro Molle en el Instituto de Microelectrónica y Microsistemas en Agrate Brianza, Italia, para desarrollar un nuevo método para fabricar el siliceno, que reduce su exposición al aire. Para empezar, los investigadores dejaron que un vapor caliente de átomos de silicio se condensara en un bloque cristalino de plata en una cámara de vacío. Se forma entonces una hoja de siliceno en una capa delgada de plata y se añade una capa de nanómetros de espesor de alúmina en la parte superior. Debido a estas capas de protección, el equipo pudo desprenderlo con seguridad de su base y transferirlo con la plata hacia arriba sobre un sustrato oxidado de silicio. Luego pudieron raspar suavemente algo de la plata, dejando dos islas de metal como electrodos, con una tira de siliceno entre ellos.

 

 

En un corto plazo, Akinwande seguirá investigando nuevas estructuras y métodos para crear siliceno, lo que puede llevar a chips digitales de computadora de baja energía y alta velocidad.

Publicación de Referencia: Li Tao, Eugenio Cinquanta, Daniele Chiappe, Carlo Grazianetti, Marco Fanciulli, Madan Dubey, Alessandro Molle, Deji Akinwande. Silicene field-effect transistors operating at room temperature. Nature Nanotechnology, 2015; DOI: 10.1038/nnano.2014.325

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Desarrollan nuevo material con base en el grafeno

Su nombre de mercado es GraphExeter, fue creado en 2012 a partir del célebre material, es capaz de resistir una humedad del 100% y temperaturas de más de 600ºC en el vacío. Entre sus posibles aplicaciones están paneles solares, dispositivos electrónicos para vestir (‘wearables’) o componentes espaciales

Es una versión mejorada del grafeno. Desde que fue sintetizado por primera vez en la Universidad de Manchester en 2004, este material ha fascinado a los científicos por sus fabulosas características: es extremadamente delgado (tiene un grosor de sólo un átomo), transparente, flexible y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Pero también puede perfeccionarse, como han demostrado desde entonces diversos laboratorios de todo el mundo, que han emprendido una carrera para desarrollar nuevos materiales a partir del grafeno, diseñados con características específicas en función de las necesidades de cada producto.

Así, GraphExeter nació en 2012 en el Centro para la Ciencia del Grafeno gracias al trabajo de dos investigadores de otra universidad británica, la de Exeter. Saverio Russo y Monica Craciun hicieron un sándwich de grafeno colocando, en medio de dos capas de este material, moléculas de cloruro de hierro.

Durante su presentación, ya hablaron de sus potenciales prestaciones y de la posibilidad de que sirva para reemplazar al óxido de estaño e indio (ITO, por sus siglas en inglés), el ingrediente transparente más usado para conducir la electricidad en dispositivos electrónicos. La fabricación de paneles solares transparentes y flexibles o de wearables (dispositivos y accesorios inteligentes que se llevan puestos, pues se colocan directamente en la piel o van incorporados en prendas de vestir) se perfilaban ya entonces como posibles aplicaciones del GraphExeter.

Ahora, en un artículo publicado esta semana en la revista Scientific Reports, los mismos autores profundizan en las características de este hermano del grafeno y aseguran que es capaz de resistir condiciones ambientales extremas, como temperaturas muy altas (de 150º C y hasta 620º C en el vacío) y una humedad del 100% durante 25 días, con lo que sus usos potenciales podrían ampliarse a más campos.

«GraphExeter conduce la electricidad 1.000 veces mejor que el grafeno», asegura a este diario Saverio Russo, que confirma que el material inventado por su equipo ya ha salido del laboratorio y está siendo utilizado en la fabricación de diversos prototipos.

Sin embargo, debido a los contratos de confidencialidad que han firmado, no puede revelar todavía «ni los productos que se están desarrollando ni las compañías» que trabajan con el material que ha inventado. «Dé rienda suelta a su imaginación y lo que se le ocurra, no estará muy lejos de la realidad», propone.

«Los manuales de instrucciones de las televisiones LCD y LED normalmente advierten que la vida útil del producto puede acortarse cuando se utiliza en entornos con humedad o temperaturas muy altas. Una de las razones principales por las que esto ocurre es porque se degradan los materiales transparentes y que conducen la electricidad usados en la actualidad. Simplemente, sustituyendo estos materiales por GraphExeter, estos productos serían más resistentes en entornos con duras condiciones, como humedad del 100% y temperaturas de hasta 600ºC», añade.

Además de alargar la vida de pantallas y productos electrónicos en entornos domésticos, como cocinas, baños o terrazas, y de aumentar la eficiencia de paneles solares y su resistencia a las condiciones climáticas adversas, el investigador subraya que «ambientes extremos como los que es capaz de soportar GraphExeter también se dan en diversas plantas industriales, por ejemplo en las centrales nucleares».

Asimismo, propone, su material podría resultar muy útil en el sector espacial, donde los componentes deben soportar condiciones extremas. «Por ejemplo, ¿no sería fantástico investigar la actividad del Sol cada vez más cerca de él? Harían falta detectores fabricados con materiales que pudieran resistir en ambientes muy duros. GraphExeter, que ya es compatible con el carburo de silicio (SiC), un material semiconductor muy usado en la actualidad para alimentar dispositivos electrónicos, es un candidato excelente para impulsar la exploración espacial», señala.

Los ingredientes de GraphExeter

«Para fabricar GraphExeter necesitamos grafeno y unas moléculas denominadas FeC13», explica Russo. Estas moléculas mejoran la conductividad del grafeno sin alterar su transparencia. Por lo que respecta a los costes de producción, sostiene que «son similares a los del grafeno e inferiores al precio del óxido de estaño e indio, que es el material transparente más utilizado para conducir la electricidad en los dispositivos actuales».

Uno de los principales inconvenientes del óxido de estaño e indio, menos flexible que el GraphExeter, es que sus reservas en la naturaleza son limitadas y, debido a la gran demanda que hay para fabricar dispositivos electrónicos, se calcula que podrían llegar a agotarse a lo largo de esta década.
 
 

FULLERENOS PARA UN MATERIAL CON MÁS DUREZA QUE EL DIAMANTE

El grafeno y los materiales desarrollados a partir de él, como el mencionado GraphExeter, no son los los únicos con propiedades asombrosas que están siendo inventados en los laboratorios inspirándose en la naturaleza. Pero simplificar y abaratar el proceso para producirlos a gran escala sigue siendo uno de los retos en el campo de la ciencia de los materiales.

Recientemente, un equipo de investigadores rusos anunció que habían desarrollado un método para acelerar la producción industrial del fullerite, un material que supera en dureza al diamante, y encabeza la lista de los denominados materiales ultraduros.

Se trata de un polímero fabricado con fullerenos, unas moléculas esféricas compuestas por átomos de carbono que fueron descubiertas en la naturaleza en 1985.

Según explicaron en la revista Carbon, han logrado sintetizar este material mediante una técnica que permite producirlo a temperatura ambiente y a baja presión.

 

 

Los investigadores pertenecen a dos centros rusos, el Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, en Troitsk, y el Institute of Physics and Technology de Moscú. Según detallan, sintetizarlo en grandes cantidades era muy complicado debido a la gran presión que requería el proceso, 13 gigapascales (GPa), o 130.000 veces la presión atmosférica, para que la reacción comenzara, pues no disponen de maquinaria capaz de ejercer tal presión a gran escala. Pero comprobaron que si añadían a la mezcla disulfuro de carbono (CS2), se aceleraba la síntesis de este material, incluso, aunque la presión fuera de sólo 8 GPa.

Y si anteriormente, cuando la presión era de 13 GPa el proceso requería una temperatura de unos 820ºC, ahora lo han logrado hacer a temperatura ambiente.

Fuente: El Mundo. Aportado por Eduardo J. Carletti

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La tecnología se acerca a las memorias en base a fotones individuales

Se ha creado por primera vez una memoria óptica —un componente clave para las computadoras cuánticas— dentro de una fibra óptica de núcleo hueco y se ha demostrado que funcionan a nivel de una sola partícula de luz (fotón)

Los bloques de construcción básicos para computadoras cuánticas mejoradas y sensores son los fotones individuales. Desafortunadamente, crear tan sólo un fotón es excepcionalmente difícil, la mayoría de las fuentes de fotones individuales funcionan exitosamente sólo en raras ocasiones y a intervalos aleatorios. Como resultado, la creación de muchos fotones individuales al mismo instante se vuelve extremadamente improbable, lo cual es un gran inconveniente para cualquier persona con esperanzas de utilizar fotones individuales para realizar cálculos.

En teoría, una memoria óptica podría almacenar fotones individuales generados por fuentes individuales, en un breve efecto de ‘caché’, de modo que se podrían producir muchos fotones individuales sincronizados a la vez. Estos fotones sincronizados se podrían utilizar para realizar cálculos muchas veces más rápido que los ordenadores convencionales.

Ahora un equipo internacional dirigido por científicos de la Universidad de Oxford ha demostrado, en un nuevo experimento, que se pueden almacenar pulsos de luz y recuperarlos a temperatura ambiente utilizando átomos de cesio confinados en el centro de una fibra óptica de núcleo hueco especialmente diseñada.

Un informe de esta investigación se publica en la revista Nature Photonics.

«A diferencia de la fibra estándar hecha con un núcleo de vidrio que corre enterrada bajo su calle para llevar a su casa la banda ancha, estas fibras pueden guiar la luz por un núcleo vacío que puede ser cargado con átomos para mejorar su interacción con los pulsos ópticos», dice Michael Sprague del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, autor principal del informe.

 

 

«A medida que la luz y los átomos son confinados a un área pequeña dentro de la fibra, la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar la memoria se reduce en un factor de 200. Demostramos que podíamos guardar la luz con un nivel de ruido mucho menor que la de un solo fotón, lo que apunta a la promesa de una memoria para almacenar impulsos de luz con interesantes propiedades cuánticas», añade.

Mientras las fibras a base de cesio no son compatibles con las fibras ópticas estándar utilizadas en las telecomunicaciones, sería factible empalmar una memoria óptica de fibra hueca en una red óptica convencional. Por el momento, la duración de la memoria óptica experimental es de 30 nanosegundos, pero el equipo considera que debería ser posible aumentar esta cifra a 100 nanosegundos; no muy largo para algunas aplicaciones, pero lo suficiente como para crear grupos sincronizados de fotones individuales.

‘Hasta ahora nadie ha logrado alcanzar el hito de almacenar un verdadero fotón único en una memoria a temperatura ambiente, pero nuestro trabajo muestra que las memorias que pueden obtener decenas de fotones individuales sincronizados trabajando juntos pueden estar a sólo unos pocos años de distancia», dijo Michael Sprague.

Referencia de publicación: Broadband single-photon-level memory in a hollow-core photonic crystal fibre

Fuente: Physorg. Aportado por Eduardo J. Carletti

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