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Materiales para fibra óptica con función electrónica integrada
Por primera vez, un grupo de químicos, físicos e ingenieros ha desarrollado materiales cristalinos que permiten una fibra óptica alta velocidad que tiene integradas las funciones electrónicas. Las aplicaciones potenciales de estas fibras ópticas incluyen mejora de las telecomunicaciones y otras tecnologías híbridas ópticas y electrónicas, tecnología láser mejorada y dispositivos de teledetección más precisos. La investigación fue iniciada por Rongrui He, investigador postdoctoral en el Departamento de Química de la Universidad de Penn State. El equipo internacional, liderado por John Badding, un profesor de química en la Universidad Estatal de Pensilvania, publicará sus conclusiones en la revista Nature Photonics.
Badding explicó que uno de los grandes retos tecnológicos actuales es el intercambio de información entre la óptica y la electrónica de forma rápida y eficiente. La tecnología existente ha dado lugar a formas a veces torpes de fusión de fibras ópticas con chips electrónicos, a base de silicio, que sirven como bloques de construcción para la mayoría de los dispositivos electrónicos semiconductores, tales como células solares, diodos emisores de luz (LED), computadoras, y teléfonos celulares. «La fibra óptica es generalmente un medio pasivo que simplemente transporta la luz, mientras que el chip es la pieza que lleva a cabo la parte electrónica de la ecuación», dijo Badding. «Por ejemplo, la luz se transmite desde Londres a Nueva York a través de cables de fibra óptica cuando dos personas establecen una llamada de vídeo en sus computadoras. Sin embargo, las pantallas de los ordenadores y dispositivos electrónicos asociados tienen que tomar esa luz y convertirla en una imagen, que es un proceso electrónico, la luz y la electricidad están trabajando en conjunto en un proceso llamado conversión OEO, o una conversión óptica-eléctrica-óptica «. Badding dijo que, idealmente, en lugar de acoplamiento de la fibra óptica al chip, como es de rutina en la tecnología existente, una «fibra inteligente» tendría las funciones electrónicas ya construidas adentro
La integración de las fibras ópticas y chips es difícil por muchas razones. En primer lugar, las fibras son redondas y cilíndricas, mientras que los chips son planos, por lo que simplemente la configuración de la conexión entre los dos es un reto. Otro desafío es la alineación de las piezas que son tan pequeñas. «Una fibra óptica es 10 veces menor que la anchura de un cabello humano. Además de eso, hay luz que guían las vías que se construyen en los chips que son incluso más pequeñas que las fibras de hasta 100 veces», dijo Badding. «Así que imagínate tratando de alinear los dos dispositivos. Esa hazaña es un gran reto para la tecnología de hoy.»
Para enfrentar estos desafíos, los miembros del equipo tomaron un enfoque diferente. En lugar de combinar un chip plano con una fibra óptica, encontraron una manera de construir un nuevo tipo de fibra óptica con su propio componente electrónico integrado, evitando así la necesidad de integrar la fibra óptica en un chip. Para ello, utilizaron técnicas de alta presión de química para depositar materiales semiconductores directamente, capa por capa, en pequeños agujeros en las fibras ópticas. «El gran avance es que no necesitamos todo el chip, como parte del producto terminado, hemos logrado construir la unión -. El límite activo, donde toda la acción electrónica se lleva a cabo – a la derecha en la fibra», dijo Pier JA Sazio de la Universidad de Southampton en el Reino Unido y uno de los líderes del equipo. «Por otra parte, mientras que la fabricación convencional de chips requiere de millones de dólares de las instalaciones de sala limpia, nuestro proceso se puede realizar con un equipo sencillo que cuesta mucho menos.»
Sazio agregó que uno de los objetivos clave de la investigación en este campo es la creación de una forma rápida, toda la red de fibra. «Si la señal no sale de la fibra, entonces se trata de una tecnología más rápida, más barata y más eficiente», dijo Sazio. «El traslado de la tecnología del chip directamente sobre la fibra, que es el lugar más natural para la luz, abre la posibilidad de semiconductores embebidos para llevar aplicaciones optoelectrónicas al siguiente nivel. En la actualidad, todavía tiene conmutación eléctrica en ambos extremos de la fibra óptica. Si en realidad podemos generar señales dentro de una fibra, se hace posible una gama entera de aplicaciones optoelectrónicas.»
La investigación también tiene muchas posibles aplicaciones en telecomunicaciones. «Por ejemplo, nuestro trabajo también representa un enfoque muy diferente a los cruces de semiconductores de fabricación que estamos investigando para aplicaciones de células solares», dijo Badding.
Fuente: EurekAlert!
Olympus lanza primer microscopio digital con pantalla táctil
El nuevo Opto-Microscopio digital de la serie DSX de Olympus (Japón) es el primero en integrar un microscopio digital con un monitor de pantalla táctil. Se estrenó en Japón el 18 de enero, pero aún no está disponible en Europa o EE.UU. Una vez que la muestra se ha colocado , el microscopio óptico-digital se puede controlar mediante la pantalla táctil. El microscopio también contiene una función de vista previa de múltiples fotografías que automáticamente la muestra en condiciones diferentes lo que permite al usuario alternar rápidamente entre los diferentes puntos de vista.
Iluminación LED frente lámpara incandescente: el osito de chocolate
Se puede comprobar como en unos 90 minutos, el osito de chocolate que se encuentra debajo de la bombilla incandescente de 65 W se deshace completamente, ya que el 90% de la energía que libera es bajo forma de calor. La bombilla led de 12W produce mucho menos calor.
Se fue a la Luna sin necesidad de «microchips»
La tecnología que desarrolló el programa estadounidense Apolo fue en buena parte analógica y mecánica. La exposición «Nasa, la aventura en el espacio», en Madrid, muestra algunos de estos artilugios espaciales que parecen extraídos de la era industrial. Cohetes guiados por sistemas ópticos, anclajes de metal y reglas de cálculo analógicas permitieron alcanzar la Luna mucho antes de la revolución de los microchips.
El 20 de julio de 1969, pocos minutos antes de posarse sobre la Luna, el ordenador del módulo Eagle comenzó a pitar y a indicar enloquecidamente una «alarma 1202». El fallo, que puso en vilo a los astronautas y al control de Houston, se produjo por una acumulación imprevista de datos del radar que provocó una saturación del sistema. Afortunadamente, el software había sido diseñado para priorizar determinadas maniobras y el alunizaje se pudo completar con éxito.
Ampliar en: De cómo fuimos a la Luna con un sextante
«Chips comestibles» inauguran la era de la medicina digital
Un «microchip comestible» que registra con todo detalle las pastillas y medicamentos que toma el paciente estará disponible en el Reino Unido a finales de este año como parte de un acuerdo comercial que abre la puerta a la era de la medicina digital. El objetivo es hacer los tratamientos médicos más efectivos -, ya que será seguidor – y reducir las pérdidas del sistema de salud pública que a menudo se gasta el dinero de las medicinas que muchas veces no son tomadas por una mera distracción.
Una compañía biomédica de EE.UU. firmó un contrato con una empresa británica para vender sensores de salud digeribles – cada uno es más pequeño que un grano de arena – capaz de transmitir la información médica dentro del cuerpo al teléfono celular de un paciente y directamente a un médico u otra persona dada.
El objetivo es desarrollar un espacio de «medicina inteligente», que puede ayudar a los pacientes y sus cuidadores que tendrán un desglose de las píldoras que se tomaron y la hora del día, para asegurarse de que los complejos regímenes de medicación se siguen con corrección para obtener los mejores resultados. Según los médicos, muchas de las terapias no logran el efecto deseado o, simplemente, no funcionan porque los medicamentos no se toman correctamente.
Los datos a través de bluetooth
El dispositivo, que está diseñada para durar aproximadamente una semana, incluye una batería flexible y un chip que registra la información y la envía a través de la tecnología Bluetooth, a teléfonos móviles hacia familiares o médicos.
– En el futuro, el objetivo es crear un sistema totalmente integrado con un producto que ayude a los pacientes y sus familias con las diversas demandas de un complejo farmacéutico – dijo el director ejecutivo y fundador de Proteus Biomedical, Andrew Thompson. – Lo que sabemos es que muchos productos farmacéuticos, tienen un gran potencial, pero gran parte de ella no se logra porque los fármacos no se utilizan correctamente.
Las empresas no informaron el costo de los «chips comestibles», pero fuentes del sector indican que podría costar inicialmente 135 dólares USA por semana.
Paneles OLED transparentes
¿Se imagina si un coche tiene los paneles del techo que le permiten ver el cielo durante el día, pero que iluminan el interior del vehículo por la noche? Esta es ahora una posibilidad real, gracias al trabajo realizado por BASF y Philips. Como miembros de un consorcio montado por el Ministerio Federal alemán de Educación e Investigación, las dos compañías han creado paneles OLED y lo instalaron en el techo de un coche. Cuando está encendido, el brillo de los paneles, ilumina el interior del coche – cuando se apaga, simplemente se ve transparente.
Los OLEDs son un tipo de diodo emisor de luz, que producen luz mediante la aplicación de una corriente eléctrica a una película electroluminiscente de compuestos orgánicos. Debido al hecho de que la luz proviene de todos los puntos de esta película, a diferencia de un solo punto enfocado, la iluminación proporcionada por los nuevos paneles es muy suave y uniforme.
Debido a que la película está de sólo 1.8 mm de espesor, también se puede combinar con células solares transparentes. Esto permitiría a los paneles del techo, no sólo para proporcionar iluminación en la noche, sino también generar electricidad durante el día.
El grafeno revela su personalidad magnética
¿Puede la materia orgánica comportase como un imán de nevera? Los científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido) han demostrado que es posible.
En un informe publicado en Nature Physics , utilizaron grafeno, el material más delgado y más fuerte del mundo, y lo hicieron magnético. El grafeno es una lámina de átomos de carbono dispuestos en una estructura de alambrada de gallinero. En su estado prístino no muestra signos de magnetismo convencional, por lo general asociados con materiales como el hierro o níquel.
Demostrando sus notables propiedades investigadores de Manchester ganaron el Premio Nobel de Física en 2010.
Esta última investigación dirigida por la Dra. Irina Grigorieva y el profesor Sir Andre Geim (uno de los galardonados con el premio Nobel) podría resultar crucial para el futuro del grafeno en la electrónica.
Los investigadores de Manchester tomaron grafeno magnético y luego fue ‘salpicado’ con otros átomos no magnéticos, como el flúor o quitaron algunos átomos de carbono de la estructura del grafeno. Los espacios vacíos, llamados huecos (vacantes), y los átomos añadidos, resultaron pasar a ser magnéticos, exactamente como otros átomos como por ejemplo el hierro.
«Es como menos multiplicado por menos te da más», dice la Dra. Irina Grigorieva. Los investigadores encontraron que, al comportarse como átomos magnéticos, los defectos deben estar muy lejos el uno del otro y su concentración debe ser baja. Si se se agregan muchos defectos de grafeno, residen muy cerca y anulan entre sí el magnetismo. En el caso de vacantes, su alta concentración hace que el grafeno se desintegre.
El profesor Geim dijo: «El magnetismo observada es muy pequeño, e incluso la mayoría de las muestras de grafeno magnetizado no se adherirían a un frigorífico. «Sin embargo, es importante llegar a la claridad en lo que es posible para el grafeno y lo que no es. El área del magnetismo en materiales no magnéticos ya ha tenido muchos falsos positivos. »
«El uso más probable de este fenómeno se encuentra en la espintrónica. Los dispositivos de espintrónica se han generalizado, sobre todo los que se pueden encontrar en los discos duro de los ordenadores. Funcionan debido al acoplamiento del magnetismo y la corriente eléctrica.
«La adición de este nuevo grado de funcionalidad puede resultar importante para posibles aplicaciones del grafeno en la electrónica», añade el Dr. Grigorieva.
Fuente: Spin-half paramagnetism in graphene induced by point defects, by R. Nair, M. Sepioni, I-Ling Tsai, O. Lehtinen, J. Keinonen, A. Krasheninnikov, T. Thomson, A. Geim and I. Grigorieva.
Disponible en el Gabinete de Prensa de la universidad.
Comportamiento clásico observado en el dominio cuántico
Para los circuitos electrónicos cada vez más pequeños, aumentan su resistividad y se hace más difícil para una carga eléctrica pasar a su través.
Sin embargo, los investigadores han conseguido fabricar nanocables de un solo átomo de espesor y cuatro de longitud, que transportan una carga, así como los hilos de cobre incluso a bajas temperaturas. Este hallazgo es sorprendente porque la mayoría de los expertos indicaban acerca de la nanoescala que los efectos cuánticos limitarían la capacidad de miniaturizar los circuitos electrónicos. Bent Weber y sus colegas hicieron nanocables mediante el depósito de átomos de fósforo separados por tan sólo un nanómetro sobre una superficie de silicio mediante un microscopio de efecto túnel. Sus nanocables tiene un espesor de 1.5 a 11 nanómetros, mientras que la capacidad es la de los conductores de cobre, muestran que las propiedades se pueden conservar a la escala atómica. Los investigadores que observaron este comportamiento en el campo cuántico convencional sugieren que las nuevas generaciones de dispositivos electrónicos más pequeños siguen siendo posibles. La perspectiva de un artículo de David Ferry explica con más detalle estos resultados y sus implicaciones.
Circuitos electrónicos que se autorreparan
Una conexión eléctrica se agrieta y se rompe. Que pueda ser reparada de inmediato por una especie de autocuración, es lo que muestra un equipo estadounidense, que no es su primer proyecto de este tipo. La receta: microcápsulas de metal líquido.
Un dispositivo electrónico o la batería puede dejar de trabajar para una pequeña ruptura en una conexión eléctrica, a pesar de que sea apenas visible a simple vista. El equipo de Jeffrey Moore de la Universidad de Illinois (EE.UU.), persiste durante años para encontrar una solución elegante con materiales de autosanación. No son los únicos que quieren imitar a esta maravillosa y conocida característica de plantas y animales: la curación.
Incluso podemos decir que para los científicos es un campo apasionante. En Francia, Ludwik Leibler y su equipo del laboratorio Matière molle et chimie (una unidad conjunta del CNRS y ESPCI, École supérieure de physique et de chimie industrielles, de París), el mismo que ha inventado una extraordinaria material plástico deformable, presentó una especie de goma que se puede curar. Los fabricantes de automóviles están interesados en pinturas y barnices contra las rozaduras, y en el sector aeroespacial, que tratan de luchar contra los quebrantos.
Jeffrey Moore, también quiere restaurar la conducción eléctrica. Es una lástima, de verdad, dice, ver un dispositivo electrónico totalmente inútil para una grieta miserable. El primer intento fue en 2009 con microcápsulas llenas de nanotubos de carbono. Se rompen bajo el efecto de un golpe, la liberación de los nanotubos, que se extiende a través de la grieta y, ya que conducen la electricidad, se logra la restauración de la conducción.
El método se ha demostrado entre dos fragmentos separados 100 nanómetros (para simular una rotura), pero presenta algunas dificultades, tales como el tamaño de las cápsulas, que debe ser pequeño, y, por otra parte, precisamente, de tamaño entre 280 y 350 nm.
Reparación al instante
El equipo tiene una repetición de otra receta. Las cápsulas, hechas de un polímero son más grandes – 10 y 200 micras en las pruebas – y no contienen los nanotubos de carbono, pero una solución compuesta de líquido de galio e indio metálico (una mezcla líquida sobre 16 C). Esta vez, el equipo probó el polvo en un verdadero conductor de oro, sujeto a una tensión y en el que se han creado fracturas que interrumpen la conexión.
Resultado: ¡funciona! La decocción de las microcápsulas incluidas en un material aislante (resina epoxi) que se adhiere al conductor se comporta como se esperaba. Al romper las grietas, las pequeñas «botellas» liberan el metal líquido que se está extendiendo en las grietas y restaurar el flujo de corriente «, más del 99%», dice la publicación en la revista Advanced Materials. La reparación t arda160 microsegundos, señalaron los investigadores, de modo que una fractura consolidada de esta forma no tendría ningún efecto en un dispositivo electrónico, que seguiría funcionando.
Los investigadores probaron el efecto del tamaño y número de microcápsulas. La conclusión es que los pequeños da mejores resultados que las grandes. Preparados a base de cápsulas de 10 micras de restaurar el flujo eléctrico en todas las pruebas, mientras que la tasa cae al 90% de los ensayos con las cápsulas de 200 micrómetros. Pero entonces sólo tienes que poner más en la resina epoxi para mejorar el rendimiento.
El equipo seguirá estudiando este microcápsulas con el metal líquido, dice, con una vista de las aplicaciones en sistemas sensibles, tales como baterías o dispositivos electrónicos a bordo de las aeronaves o naves espaciales.
Fuente: Futura-Techno
Gracias al “Efecto túnel” los teléfonos y ordenadores consumirán 100 veces menos
Científicos de la Comisión de Energías Alternativas y Energía Atómica de Francia, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) y del laboratorio de IBM en Suiza proyectan que para 2017 un fenómeno cuántico bien conocido, podría hacer que los dispositivos electrónicos consuman 100 veces menos energía.
“En el proyecto Ángeles Guardianes, uno de nuestros objetivos es encontrar soluciones para reducir el consumo de energía de los procesadores. El ‘túnel-FET’ es la próxima revolución que nos ayudará a conseguir ese objetivo”, dijo Adrian Ionescu, líder del proyecto.
“Los procesadores de bajo consumo de energía de nuestros teléfonos consumirán cien veces menos energía. Eso abrirá la puerta a una nueva gama de funciones relacionadas con herramientas de detección y de asesoramiento inteligente. También será beneficioso para extender la operatividad del dispositivo, que no necesitará de carga en semanas o meses”, señaló el científico. Según Ionesco, a largo plazo el “túnel-FET” podría ser la tecnología que permitirá que varios de los objetos de nuestra vida diaria se vuelvan “inteligentes” al extraer energía del medioambiente en vez de alimentarse de pilas o baterías.
Los transistores ‘Túnel-FET’ (‘TFET’ o Tunnel Field-Effect Transistors en inglés), emplean otro principio distinto a los transistores en uso actualmente. Según la teoría cuántica, los electrones pueden cruzar la barrera aunque no tengan bastante energía para hacerlo. Reduciendo el ancho de la barrera, resulta posible amplificar el efecto cuántico, y la energía que los electrones necesitan para cruzar la barrera se reduce drásticamente.
¿Qué es el efecto túnel?
En mecánica cuántica, el efecto túnel es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula viola los principios de la mecánica clásica penetrando una barrera de potencial o impedancia mayor que la energía cinética de la propia partícula. Una barrera, en términos cuánticos aplicados al efecto túnel, se trata de una cualidad del estado energético de la materia análogo a una «colina» o pendiente clásica, compuesta por crestas y flancos alternos, que sugiere que el camino más corto de un móvil entre dos o más flancos debe atravesar su correspondiente cresta intermedia. Si el objeto no dispone de energía mecánica suficiente como para atravesar la barrera, la mecánica clásica afirma que nunca podrá aparecer en un estado perteneciente al otro lado de la barrera.
A escala cuántica, los objetos exhiben un comportamiento ondular; en la teoría cuántica, un cuanto moviéndose en dirección a una «colina» potencialmente energética puede ser descrito por su función de onda, que representa la amplitud probable que tiene la partícula de ser encontrada en la posición allende la estructura de la curva. Si esta función describe la posición de la partícula perteneciente al flanco adyacente al que supuso su punto de partida, existe cierta probabilidad de que se haya desplazado «a través» de la estructura, en vez de superarla por la ruta convencional que atraviesa la cima energética relativa. A esto se conoce como efecto túnel.
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