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Borrar información produce calor
Estamos acostumbrados al calor residual producido por los cables eléctricos y frenos de automóviles. No tan conocido es el calor generado por el borrado de una memoria digital. Ahora un experimento inspirado por un «demonio metafórico» ha medido el calor fundamental, que algún día impondrá un límite a la potencia de los ordenadores.
El demonio de Maxwell, nombrado así desde el siglo 19 por el físico James Clerk Maxwell, es un enigma que parece romper una ley básica de la física mediante la creación de una máquina de movimiento perpetuo. Maxwell razonó que su demonio podía controlar una puerta que divide una caja de moléculas de gas, unas con movimiento rápido y otras lento. Al abrir la puerta en los momentos oportunos, el demonio podría llenar uno de los lados de la caja con gas caliente y el otro con el frío, creando una diferencia de temperatura. Esa diferencia podría conducir a un motor, que produce trabajo útil sin que parezca que gasta energía suficiente.
En 1961, Rolf Landauer (1927-1999) propuso que la clave del enigma era la memoria del demonio. A medida que la criatura recoge información sobre el movimiento de las moléculas, se debe borrar la memoria anterior. Landauer sugirió que el proceso de borrado disipa el calor. Este calor gastado podría equilibrar el trabajo útil obtenido por el demonio, y asegurarse de que, de hecho, no se obtiene algo por nada.
No todo el mundo estuvo de acuerdo con esta explicación. Ahora Eric Lutz, de la Universidad de Augsburg, en Alemania y sus colegas han demostrado que realmente existe una mínima cantidad de calor producido por bit de datos borrados. Este límite llamado de Landauer es prueba de que el demonio no recibe «comida» gratis. «Estamos exorcizando al demonio», dice Lutz.
En vez de campana, libro y vela, los «exorcistas» utiliza un láser que puede establecer la posición de una pequeña cuenta de vidrio. El láser se enfoca para dar lugar a dos posiciones estables, izquierda y derecha o 0 y 1. Resultante que un bit de memoria puede almacenar un 0 o 1, pero las memorias son siempre borradas por reposición a 0. El equipo encontró que el calor generado por el borrado no es menor que el límite de Landauer (Nature, DOI: 10.1038/nature10872).
Esto tiene profundas implicaciones para la industria del microchip, dice Lutz. En este momento, los chips producen calor alrededor de 1000 veces más por bit que el límite, debido a la resistencia en sus cables. Los fabricantes de chips están trabajando en esto, pero llegará un punto en el que no se puede reducir más. «La tecnología basada en silicio se prevé alcanzará el límite de Landauer en 20 a 30 años», dice Lutz. A continuación, la capacidad de exprimir cada vez más los bits en un chip dependerá de encontrar mejores maneras de que se enfríen.
Hasta ahora resultaba muy difícil validar el principio del físico de IBM por la dificultad de realizar experimentos con una sola partícula y medir la baja disipación de calor. De hecho, la energía que genera el borrado de un bit de información ha resultado ser de tan solo unos 3×10-21 julios a temperatura ambiente.
Los resultados del estudio también demuestran la “íntima conexión” –según señala el artículo– entre la teoría de la información y la termodinámica, dos ámbitos que ya relacionaba Landauer en sus propuestas.
Fuente: NewScientist
Cómo construir grafeno con un lápiz y cinta adhesiva
El siguiente vídeo (de Verisatium) muestra como hacer una nanoestructura tan pequeña sin necesidad de complejos y caros instrumentos, de la misma forma que lo hicieron los dos laureados con el premio Nobel de 2010: ¡con un simple lápiz y cinta adhesiva!
Transistores biodegradables
Ganadora de un premio de investigación, la Universidad de Tel Aviv (Israel) utiliza automontaje de sangre, leche y proteínas del moco para construir la próxima generación de tecnología
El silicio, un elemento semiconductor, es la base de la más moderna tecnología, incluyendo teléfonos móviles celulares y ordenadores. Sin embargo, según investigadores de la Universidad de Tel Aviv, este material se está convirtiendo rápidamente en una industria obsoleta, pues la tendencia es hacia la producción de componentes cada vez más pequeños y que sean menos perjudiciales para el medio ambiente.
Un equipo que incluye a los estudiantes de doctorado Elad Mentovich y Hendler Netta del Departamento de Química de la UTA y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología, con el supervisor el Dr. Richter Shachar y en colaboración con el Prof. Michael Gozin y su estudiante de doctorado Bogdan Belgorodsky, ha reunido las técnicas más avanzadas de múltiples campos de la ciencia para crear transistores basados en proteínas, semiconductores utilizados para alimentar dispositivos electrónicos, desde los materiales orgánicos que se encuentran en el cuerpo humano. Podrían convertirse en la base de una nueva generación del tamaño de las nanotecnologías, que sean flexibles y biodegradables.
Trabajan con las proteínas de la sangre, leche, y el moco, que tienen la capacidad de autoensamblarse para formar una película semiconductora, los investigadores ya han logrado dar el primer paso hacia las pantallas biodegradables, y su objetivo es utilizar este método para desarrollar todos los dispositivos de la electrónica. Su investigación, que ha aparecido en la revista Nano Letters and Advanced Materials, recibió recientemente la medalla de plata en los Materials Research Society Graduate Student Awards en Boston, MA.
Construyendo el mejor transistor de abajo hacia arriba
Uno de los retos de la utilización de silicio como semiconductor es que un transistor se debe crear mediante un «arriba hacia abajo». El fabricante ha de empezar con una oblea de silicio y esculpir la forma que se necesita, como tallar una escultura a partir de una roca. Este método limita las capacidades de los transistores cuando se trata de factores tales como el tamaño y flexibilidad.
Los investigadores se volvieron hacia la biología y la química, con un enfoque diferente para la construcción del transistor ideal. Cuando apilaban varias combinaciones de sangre, leche y proteínas mucosas a cualquier material de base, las moléculas se autoensamblaban para crear una película semiconductora a nanoescala. En el caso de proteína de la sangre, por ejemplo, la película es aproximadamente de cuatro nanómetros alta. La tecnología actual en uso ahora es de 18 nanómetros, dice Mentovich.
Juntos, los tres tipos diferentes de proteínas crenr un circuito completo con capacidades electrónicas y ópticas, cada uno trayendo algo único al dispositivo. La proteína de la sangre tiene la capacidad para absorber oxígeno, Mentovich dice, que permite el «dopaje» de semiconductores con productos químicos específicos a fin de crear propiedades tecnológicas específicas. Las proteínas de la leche, conocidas por su fortaleza en entornos difíciles, forman las fibras, que son los componentes básicos de los transistores, mientras que las proteínas de la mucosa tiene la capacidad de mantener de color rojo, verde y azul por separado tintes fluorescentes, así como la creación de la emisión de luz blanca que es necesaria para la óptica avanzada.
En general, las habilidades naturales de cada proteína dan a los investigadores «control único» sobre el transistor orgánico resultante, lo que permite ajustes para la conductividad, el almacenamiento de memoria, y la fluorescencia entre otras características.
Una nueva era de la tecnología
La tecnología está ahora cambiando de una época de silicio a una época de carbono, según Mentovich, y este nuevo tipo de transistor podría desempeñar un papel importante. Los transistores construidos a partir de estas proteínas son ideales para los circuitos más pequeños y flexibles, que están hechos de plástico en lugar de silicio, que existe en forma de oblea que se rompen como el cristal si se doblan. El descubrimiento podría conducir a una nueva gama de tecnologías flexibles, como pantallas, teléfonos celulares, tabletas, biosensores, y hips de microprocesadores.
Tan significativo es, que debido a que los investigadores están utilizando proteínas naturales para construir su transistor, los productos que crean serán biodegradables. Es una tecnología mucho más respetuosa con el medio ambiente que aborda el creciente problema de la basura electrónica, que desborda los vertederos de todo el mundo.
Fuente: EurekAlert!
Grafino mejor que grafeno
Superfuerte y buen conductor el grafeno es el material más de moda en la física, pero nuevas simulaciones informáticas sugieren que los materiales llamados grafinos podrían ser igual de impresionantes. Grafinos son hojas de un átomo de espesor de carbono que se asemejan a grafeno, salvo en el tipo de enlaces atómicos. Hasta ahora sólo pequeños trozos de grafino se han fabricado, pero las nuevas simulaciones, que se describen en la revista Physical Review Letters, pueden inspirar nuevos esfuerzos para la construcción de grandes muestras. Los autores muestran que tres grafinos diferentes tienen una estructura electrónica semejante al grafeno. La simetría única en uno de estos grafinos potencialmente puede dar lugar a nuevos usos en dispositivos electrónicos, más allá de los del grafeno.
El grafino difiere de su primo de carbono el grafeno, que su marco 2D contiene enlaces triples, además de los dobles enlaces. Estos enlaces triples abren un conjunto potencialmente infinito de geometrías diferentes más allá de la red hexagonal perfecta del grafeno, aunque sólo se han sintetizado pequeños trozos de grafino, hasta el momento. Sin embargo, esto no ha impedido a los teóricos la exploración de sus propiedades. Un trabajo reciente dio un indicio de que podrían tener ciertos grafinos conos de Dirac. Para comprobar esto, Andreas Görling de la Universidad de Erlangen-Nuremberg en Alemania y sus colegas han realizado una investigación más rigurosa del grafino.
En un examen más detallado del grafino rectangular simétrico, el equipo descubrió que los conos de Dirac no eran perfectamente cónicos. Un corte vertical en la dirección del «lado corto» de la red rectangular dio un triángulo invertido como cabría esperar, pero en la dirección perpendicular, paralela a la «cara larga», la sección transversal estaba curvada, como un triángulo doblado hacia una parábola. Esta distorsión debe conducir a una conductancia que depende de la dirección de la corriente, una característica que no se encuentra en el grafeno pero que podría ser explotada en dispositivos electrónicos a nanoescala, afirma Görling. Otra propiedad potencialmente útil de este grafino es que, naturalmente, debe contener electrones de conducción y no debería requerir «dopantes», átomos que se añaden como fuente de electrones, como se requiere para el grafeno.
Amplar en: Next Big Future
Fujitsu presenta nuevas memorias ferroeléctricas
Fujitsu Semiconductor América (FSA) ha ampliado su cartera cada vez mayor de productos de memoria ferroeléctricas con la introducción de un nueva serie de memorias ferroeléctricas de acceso aleatorio (FRAM), producto que cuenta con un amplio rango de voltaje de 3.0V a 5.5V, y que ofrece importante flexibilidad de diseño para los consumidores y aplicaciones industriales.
La nueva serie V incluye productos que van desde 16 kbit a 256 kbit, que abarca tanto las interfaces I2C y SPI. Los dos primeros miembros de la serie, el MB85RC16V y MB85RC64V, están disponibles en cantidades de producción. Los dispositivos se caracterizan por interfaces I2C en serie a una frecuencia de operación de 400 kHz, que cubre las densidades de 16 kbit y 64 kbit, respectivamente. Los productos de la serie V ofrecen una gran fiabilidad, con 10 años de retención de datosde retención de datosa 85 ?, así como una autonomía de 1 billón (1012) de lectura / escritura de ciclos. Los productos tienen una garantía de funcionamiento en el rango de temperatura de -40 ° C a +85 ° C.
«Las Fujitsu serie V FRAMs dar cabida a la gama común CMOS de voltaje de 3.3V a 5V, al tiempo que permite la tolerancia de ± 10% variación de la tensión «, dijo Tong Cisne Pang, director senior de marketing de Fujitsu Semiconductor América. «El amplio rango de tensión de esta nueva serie permite a los diseñadores de sistemas consolidar sus diseños en torno a una sola FRAM para múltiples plataformas. La flexibilidad de la serie V mejora la eficiencia logística y operativa, mientras que incrementa los costes de los componentes hacia abajo. »
Fujitsu planea el lanzamiento a mediados de año de un tercer dispositivo, el MB85RS64V, un FRAM 64 kbit con una interfaz SPI. Otros dispositivos que incorporan 256 Kbit con interfaces I2C o SPI también estará disponible en 2012. Todos los productos de esta serie están disponibles en los populares paquetes de 8 pines SOP de plástico, que son compatibles con la mayoría de las memorias EEPROM.
Amplia variedad de FRAMs Disponible de Fujitsu
Aparte de la serie V, Fujitsu ofrece una amplia variedad de dispositivos de FRAM de baja tensión de funcionamiento entre 2,7 y 3,0 V, que están equipadas con I2C, SPI o interfaces paralelas. Los niveles de densidad puede variar en cada 16kbit de 4 Mbits.
FRAM es la nueva generación de memoria no volátil que supera a las EEPROM y Flash, consume menos energía, y ofrece una mayor velocidad y resistencia prácticamente ilimitado a múltiples lecturas y escrituras. FRAM no es volátil, pero opera en otros aspectos como la memoria RAM. FRAM se ha convertido en una excelente alternativa en la memoria EEPROM en muchas aplicaciones, especialmente aquellas con las funciones frecuentes de los datos de registro y bajo consumo de energía, donde es esencial para prevenir cualquier pérdida de datos, incluso en el caso de un corte de energía repentino.
Fujitsu ha producido masivamente FRAM por más de 10 años con un historial comprobado de alta fiabilidad. Este medio de almacenamiento de avance se utiliza en una variedad de aplicaciones, incluyendo las tarjetas inteligentes, RFID, circuitos integrados de seguridad y muchas otras aplicaciones que requieren alto rendimiento de la memoria no volátil.
Científicos demuestran la eficacia de una nueva técnica de nanoimpresión
Científicos del Laboratorio de Investigación de IBM – Zurich con la colaboración de la ETH de Zurich han logrado posicionar los llamados nanotubos – que miden sólo 25 por 80 nanómetros – en una superficie de una manera muy precisa y sistemática con una orientación especial a nanoescala, mediante un proceso de nanoimpresión. Para demostrar que su método funciona, los científicos construyeron un Ampelmännchen «espera y cruza» (pictograma de peatones en los semáforos) de nanotubos de oro selectivamente orientados. Una aplicación interesante de este método podría ser un blindaje antifalsificación de objetos de valor como relojes, joyas u obras de arte.
La revista Advanced Functional Materials publicó un artículo que describe este trabajo en su número del 22 de febrero 2012. Los investigadores han desarrollado un proceso de orientación e impresión a nanoescala que les permite imprimir cualquier patrón arbitrario con una resolución de partículas individual. La publicación describe cómo este método permite incluso que nanotubos oblongos se orienten específicamente en la misma dirección – longitudinal o transversalmente – preservando al mismo tiempo las propiedades a menudo únicas de los nanotubos.
El Dr. Heiko Wolf, jefe del equipo de proyecto de IBM Research – Zurich, explica, «Nosotros usamos la tensión superficial del agua y una plantilla de nanoestructuras para orientar a los nanotubos A continuación, se puede transferir a cualquier superficie a través de un proceso de nanoprinting».
Tales nanotubos, que son menores de 100 nanómetros, a menudo tienen propiedades únicas. Las partículas no esféricas son de interés debido a ciertas propiedades que pueden ser explotadas en función de su orientación. Por ejemplo, las propiedades ópticas de los nanotubos de oro utilizados en estos experimentos pueden ser dirigidas. Observado a través de un filtro de polarización, el color de la luz cambia dependiendo de la orientación de los tubos en relación con el filtro. De esta manera, los científicos han logrado crear Ampelmännchen con un peatón rojo y otro verde, con la misma clase de nanotubos, pero orientados en direcciones diferentes. Con sólo 60 micrómetros, el Ampelmännchen ® es aproximadamente 2500 veces más pequeño que los originales.
Los procedimientos adecuados para aplicar un gran número de nanoestructuras funcionales o partículas a las superficies de una manera eficiente y precisa son esenciales para la aplicación práctica de muchas innovaciones nanotecnológicas. Esta sofisticada técnica de impresión constituye un método de fabricación versátil y de gran alcance que podría prestarse a aplicaciones comerciales tales como la falsificación de pruebas o en electrónica y los sectores de TI o de tecnologías energéticas.
Fuente: PHYS.ORG
Seguimiento de la evolución de una fractura mediante un «chip» insertado
Instalado sobre los implantes quirúrgicos, los sensores de medio centímetro de diámetro y más gruesa que la mitad de un milímetro permiten la transmisión en tiempo real de información sobre el estado de un hueso fracturado, esto es lo que lograron especialistas estadounidenses en bioingeniería médica.
Supervisar la reconstrucción de un hueso después de una fractura sin necesidad de utilizar los rayos X o pruebas invasivas, es lo que pueden hacer microsensores desarrollados por investigadores estadounidenses del Instituto Politécnico Rensselaer.
De pequeño tamaño (entre 6 y 4 mm de diámetro y 500 micras de espesor), estos sensores pueden ser montados en un gran número de implantes quirúrgicos, tales como barras utilizadas para reforzar un hueso fracturado. El sensor puede controlar la temperatura, voltaje, presión y el movimiento debido a la curación progresiva del hueso. Toda esta información puede ser recogida en tiempo real por una unidad externa.
Implantes biocompatibles para información en tiempo real
«El sensor es un dispositivo resonador pasivo , dijo Eric Ledet, del Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto Politécnico Rensselaer. que ha desarrollado esta tecnología. No se utiliza ninguna fuente de energía, es telemetría o sin conexiones eléctricas. Cuando se estimula por un campo de radiofrecuencia externo, resuena a una frecuencia característica. Cuando se carga, deforma, o cambia de temperatura, en consecuencia hay cambios de frecuencia característica. Se puede leer esta información desde el exterior. Para ello se utiliza un analizador de red para activar el sensor y leer la información. »
REIC Ledet dijo que están trabajando en este tipo de sensor cinco años. Por ahora, todo el desarrollo se realiza en laboratorio, pero el investigador espera comenzar pronto los primeros experimentos in vivo. «El sensor es simple y está hecho de materiales biocompatibles, por lo que no creo que haya problemas de seguridad relacionados con la implantación en el cuerpo humano. «En apariencia, estos sensores son como pequeñas espirales. Su simplicidad de diseño debería ayudar a producirlos en masa. «Nuestros prototipos fabricados en el laboratorio tienen un costo de menos de $ 20 (nota: unos 15 euros). Con la producción en masa, todavía será más barato «, indicó Eric Ledet.
El caso del transistor de un solo átomo publicado en Nature Nanotechnology
El problema de muchas noticias de agencias es que el titular puede ser engañoso y los medios lo copian sin cuestionarse nada más: Agencia EFE, “Crean un transistor del tamaño de un átomo, antesala del ordenador cuántico,” Madri+d, 20 feb. 2012; Europa Press, “Presentado el primer transistor ‘perfecto’ de un solo átomo,” ep 20 feb. 2012; “Crean el transistor más pequeño del mundo: tiene el tamaño de un átomo,” lainformacion.com, 20 feb. 2012; “Desarrollan un transistor del tamaño de un átomo,” Milenio, 20 feb. 2012; Gabriela Ulloa, “Laboratorio crea el transistor más pequeño del mundo: un átomo,” Agencia AFP, Radio Bio Bio, Chile, 20 feb. 2012; Miguel Jorge, “Crean el transistor más pequeño del mundo a partir de un sólo átomo,” ALT1040, 20 feb. 2012; “Construyen el transistor más pequeño del mundo, antesala del ordenador cuántico,” RTVE.es, 20 feb. 2012; “Un transistor del tamaño de un átomo como antesala del ordenador cuántico,” El Mundo, 20 feb. 2012; y cientos más.
Los transistores basados en un solo átomo son conocidos, como pronto, desde su publicación en Nature en el año 2002. Recomiendo leer “Electronics and the single atom,” Nature 417: 701-702, 13 June 2002 (versión gratis) que se hace eco de los artículos técnicos de Park et al., “Coulomb blockade and the Kondo effect in single atom transistors,” Nature 417: 722-725, 13 June 2002, y Liang et al., “Kondo resonance in a single-molecule transistor,” Nature 417: 725-729, 13 June 2002, el primero de los cuales presenta un transistor con un solo átomo y el segundo uno con una sola molécula. Desde 2002 ha llovido mucho y ha corrido mucha tinta en el campo de investigación de los transistores con un solo átomo. Por tanto, cualquier noticia que sugiera que se ha descubierto por primera vez un transistor de este tipo falsea la realidad.
Artículo completo en: Francis (th)E mule Science’s News
Las expectativas de la Fuerza Aérea USA alrededor de la computación cuántica, memristores, nanotecnología y superconductores
Misiones de la Fuerza Aérea de EE.UU., tales como la vigilancia permanente de grandes áreas, requieren de análisis de datos masivos en superordenadores para ofrecer la capacidad crítica de encontrar la proverbial aguja en el pajar y con ello ayudar a los seres humanos a evitar la sobrecarga sensorial. En otras operaciones extremas especiales encubiertas, las fuerzas tienen comunicaciones limitadas, tiempo limitado y capacidad limitada de la batería, pero necesitan la funcionalidad de un portátil con la capacidad computacional que sólo hace unos pocos años habría anecesitado una supercomputadora. Aún más complicado, el funcionamiento autónomo de los microvehículos aéreos de alta demanda, las operaciones informáticas se llevarán a cabo en espacios físicos equivalentes a cerebros del tamaño de pelotas de golf. Este reto se vuelve aún más difícil cuando los vehículos se reduzcan al tamaño de «Bichos»alrededor de 2020. La combinación de análisis masivo de datos en los superordenadores y sistemas informáticos incorporados de alto rendimiento permiten las nuevas capacidades de la misión de la Fuerza Aérea.
Tal como se estableció en el cuadro 4.1, el primer reto técnico se dirige directamente a todas estas necesidades de la misión es lograr la eficiencia energética a nivel del sistema y la búsqueda de los medios técnicos para mejoras de 700 veces en los próximos 15 años. La eficiencia energética debe ser un de primer orden, si no el principal, el criterio de diseño valorando las ventajas y desventajas de la ingeniería de sistemas. Los avances tecnológicos, tales como apilar tres dimensiones pueden entrar en juego, pero no si se recalienta la pila de chips que consumen mucha energía.
Presentación original (AFD-120209-060.pdf)
Espín magnético en materiales no magnéticos
Nanotecnólogos de la Universidad de Twente’s MESA+ y MIRA research institutes han desarrollado un método para la incorporación de elementos magnéticos en materiales no magnéticos, de una manera muy controlada. Usando esta técnica, es posible cambiar drásticamente el comportamiento eléctrico de los metales y semiconductores incluso para darles propiedades magnéticas. Los resultados han sido publicados en Nature Nanotechnology.
Los investigadores fueron capaces de incorporar elementos magnéticos en una capa no magnética de oro en una forma muy controlada. Lo hicieron mediante el recubrimiento de la capa de oro con una sola capa de moléculas orgánicas , conteniendo cada una un ion metálico individual:. unas contienen cobalto y otras zinc. Los iones de cobalto tiene un espín electrónico desapareado y por lo tanto se comportan como un imán elemental, mientras que los iones de cinc no tienen propiedades magnéticas. Mediante el ajuste de la concentración relativa de cobalto e iones de cinc, es posible ajustar las propiedades magnéticas del material final. El autoensamblaje molecular hace que los compuestos metálicos se difundan homogéneamente sobre la capa de oro.
Lo que hace que el método sea tan especial es que se produce una concentración sin precedentes de «dopaje» de magnetismo, sin que los elementos magnéticos tiendan a agruparse. En los métodos utilizados hasta la fecha, era muy difícil de distribuir los elementos magnéticos homogéneamente sobre el material final, particularmente a elevadas concentraciones.
Utilizando el método desarrollado en la Universidad de Twente, es posible crear materiales con propiedades completamente nuevas. Esto allana el camino para los semiconductores con propiedades magnéticas: uno de los santos griales de la física. Los semiconductores de este tipo podrían ser utilizados tanto para memoria de almacenamiento (magnética) y procesamiento de datos (eléctrica) en una nueva generación de ordenadores.
Fuente: ‘Tunable doping of a metal with molecular spins’, which appears in the April issue of Nature Nanotechnology (doi:10.1038/nnano.2012.1 )
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