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Miden la ‘dimensión’ de los sistemas físicos
Investigadores de la Universidad de Estocolmo (Suecia) y un profesor de la Universidad de Sevilla han desarrollado el primer experimento para medir la ‘dimensión’ de los sistemas físicos, que determina su capacidad para almacenar, procesar y transmitir información. La revista Nature Physics publica el hallazgo.
El Catedrático del departamento de Física Aplicada II de la Universidad de Sevilla, Adán Cabello Quintero, es autor, junto con tres investigadores de la Universidad de Estocolmo (Suecia), de uno de los experimentos para medir la dimensión de un sistema físico que publica en su edición on line la revista Nature Physics.
“La dimensión de un sistema físico determina su capacidad para almacenar, procesar y transmitir información; y es por eso que es importante saber cómo medirla de una forma eficiente”, explica Cabello, quien especifica que esta dimensión se refiere al número de estados del sistema que son perfectamente distinguibles. Así, un interruptor que sólo puede estar en dos posiciones tiene dimensión 2, mientras que una partícula que puede estar en cualquier punto en una línea tiene dimensión infinita.
Saber cuál es la dimensión no es difícil cuando se sabe cómo se ha preparado el sistema pero no es sencillo cuando no se tiene conocimiento alguno sobre el mismo. Por ello, los experimentos de este grupo de expertos dan una respuesta en una situación de ese tipo, detalla Cabello: “Hay una caja negra con botones y cada vez que apretamos un botón sale una partícula. Los resultados del experimento permiten saber la dimensión de las partículas sin saber cómo funciona la caja”.
Otra característica importante de este trabajo es que distinguen si las partículas que salen de la caja son clásicas o cuánticas. ¿Qué diferencia hay? “En física clásica todos los estados son distinguibles -aclara el profesor -; y en física cuántica hay infinitos estados pero sólo es posible distinguir un número de ellos (la dimensión del sistema cuántico). Nuestros experimentos distinguen si un sistema de, por ejemplo, dimensión 2 es clásico o cuántico. Si es cuántico, se obtienen resultados que son imposibles con un sistema clásico”.
Nature Physics publica en el mismo número dos experimentos en los que se determina la dimensión de los fotones (partículas de luz) que salen de una caja negra. El primero ha sido el realizado en la Universidad de Estocolmo en colaboración con la Universidad de Sevilla, mientras que el segundo se ha desarrollado en el Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona en colaboración con la Universidad de Bristol (Reino Unido). El catedrático de la Universidad de Sevilla explica que la importancia de dichos artículos radica en que son los primeros experimentos de este tipo, aunque “habrá probablemente muchos más en el futuro”.
Fuente: sinc
Imágenes almacenadas en forma de vapor
Es el último vaporware, sólo que funciona. DVD y hologramas de las tarjetas de crédito no tendrán nada que hacer frente a la última forma sencilla de almacenar las imágenes – en el interior de una nube de gas.
En un artíulo publicado en la revista Optics Express, un equipo dirigido por Pablo Lett del Joint Quantum Institute, en Greenbelt, Maryland, muestran que se puede almacenar imágenes de dos cartas en las nubes de gas de rubidio, la primera vez que dos imágenes se han almacenado y se reproducen de esta manera. El equipo reporta aproximadamente el 88% de eficiencia en el almacenamiento de las imágenes, basado en un protocolo desarrollado por investigadores de la Universidad Nacional Australiana.
El esfuerzo está dirigido a la creación de sistemas de almacenamiento de memoria para los ordenadores cuánticos, el instituto está gestionado conjuntamente por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Maryland.
Gran avance en memorias cuánticas para almacenar cubits con el espín nuclear
Un cristal de diamante ultrapuro, con una molécula de carbono 13 por cada millón de átomos de carbono 12, podría almacenar un cubit (bit cuántico) durante 24 horas a temperatura ambiente, según un modelo teórico publicado hoy en Science. Los autores han verificado su modelo mediante un experimento que ha logrado almacenar un cubit durante tres segundos tiempo uso de un cristal de diamante con un átomo de carbono 13 por cada cien átomos de carbono 12 (tres segundos es unas mil veces el récord anterior a temperatura ambiente). Más aún, en el mismo número de Science se ha publicado el almacenamiento de un cubit durante tres minutos (180 segundos) en una memoria cuántica basada en silicio (el cubit se ha almacenado en el espín nuclear de una impureza de fósforo), pero enfriado a 4,2 K. Estos dos grandes avances en el desarrollo de memorias cuánticas basadas en el espín nuclear coloca a estas técnicas en un camino envidiable hacia el desarrollo de un futuro ordenador cuántico de utilidad práctica. Nos lo han contado Christoph Boehme, Dane R. McCamey, “Nuclear-Spin Quantum Memory Poised to Take the Lead,” Perspective, Science 336: 1239-1240, 8 June 2012, quienes se hacen eco de los artículos técnicos de M. Steger et al., “Quantum Information Storage for over 180 s Using Donor Spins in a 28Si “Semiconductor Vacuum”,” Science 336: 1280-1283, 8 June 2012, y P. C. Maurer et al., “Room-Temperature Quantum Bit Memory Exceeding One Second,” Science 336: 1283-1286, 8 June 2012.
Ampliar en: Francis (th)E mule Science’s News
ReRam: un chip de memoria 100 veces más rápido
Investigadores británicos creen haber desarrollado una memoria de un centenar de veces más rápida que la NAND Flash.
La RAM resistiva, o ReRAM, se compone de chips compuestos de óxido de metal que tienen la propiedad de cambio de estado resistivo como una función del voltaje aplicado . Este valor de la resistencia inducida se almacena incluso si la tensión ya no se aplica, por ejemplo en el caso del apagado del sistema.
De acuerdo con investigadores del UCL, University College de Londres, estos chips ReRAM también prometen ofrecer mucha más capacidad de almacenamiento que los chips NAND Flash que se utilizan actualmente, mientras que consumen menos energía y son más pequeños. Una publicación reciente en el «Journal of Applied Physics«, explica que la nueva estructura compuesta de óxido de silicio es más sensible a los cambios frecuentes de la tensión que induce la resistencia de la celda que con los materiales más antiguos.
Memoria del futuro
Dentro de la celda, los átomos de carbono se alinean para formar filamentos que son más o menos resistivos, y el número de filamentos se puede mover desde el estado 1 al estado 0 muy rápidamente. UCL va más allá en su presentación diciendo que este nuevo material desarrollado para estos chips es potencialmente más barato de producir, más robusto e incluso con el tiempo puede ser lo suficientemente fino como para hacer chips casi transparentes.
» Nuestros chips ReRAM requieren sólo una centésima parte de la energía y son cien veces más rápidos que el estándar de chips Flash NAND «, dijo el Dr. Tony Kenyon, ingeniero en el Departamento de Electrónica y Eléctrica del UCL. Estas búsquedas son similares a las de HP en memristores , que se basan en dióxido de titanio y tendrían las mismas propiedades que la ReRAM. Este nuevo enfoque por los chips de óxido de silicio que integra el almacenamiento mucho más fácil para los chips de procesamiento, tales como microprocesadores, para producir chips hibridos con una velocidad de almacenamiento de base para caché de gran tamaño y una capa transistores superiores de la CPU ejemplo.
Además, otro ingeniero de la UCL, Mehonic Adnan explica que » El potencial de este nuevo material es enorme. Durante la fase de prueba, nos dimos cuenta de que era posible programar los chips a más de dos estados la conductividad«, que también podría unirse a otras búsquedas aún más avanzadas.
¿Cuánto contamina navegar por internet desde un «smartphone»?
La operadora de telefonía móvil celular británica O2 (Telefónica) se ha preguntado, cuánto contamina navegar por internet y para obtener la respuesta ha confiado en Carbon Trust, expertos en aconsejar a otras empresas en materia de consumo eléctrico. El resultado ha sido cuanto menos sorprendente a la par que polémico:
Hablar durante un minuto bajo la red de O2 produce 3,6 g de CO2, lo que equivale a publicar casi 200 tweets. Cifra que se queda pequeña si la comparamos con los 11 g que produce descargar un megabyte con cobertura 3G. Con un rápido cálculo observamos que descargar un megabyte consume casi el triple que hablar durante un minuto. Sin olvidar que a todo esto habría que sumarle los residuos producidos por la energía que utilizamos para recargar la batería del terminal.
Haciendo cálculos y partiendo de que un coche emite de media 2.32 Kg de CO2 por cada 13 Km que recorre, para igualar la emisión de CO2 de un trayecto en coche de 300 Km, tendríamos que descargar por 3G un total de 4867MB. Esto no es un dato representativo, pero sirve para hacerse un poco a la idea de qué significan todas esas cifras.
Fuente: O2 News Centre
Capa de Invisibilidad: los ingenieros utilizan plasmónica para crear un fotodetector invisible
Puede que no sea intuitivo, pero una capa de metal reflectante en realidad puede hacer algo menos visible, los ingenieros de Stanford y la Universidad de Pensilvania lo han demostrado. Han creado un detector invisible de luz que puede «ver sin ser visto».
El corazón del dispositivo son los nanocables de silicio cubiertos por una fina capa de oro. Mediante el ajuste de la relación de metal a silicio – una técnica que los ingenieros refieren como la sintonización de las geometrías – capitalizan la física a nanoescala en la que la luz reflejada de los dos materiales se cancela entre sí para hacer que el dispositivo sea invisible.
Pengyu Fan es el autor principal de un artículo que demuestra el nuevo dispositivo publicado en línea el 20 de mayo en la revista Nature Photonics. Él es un estudiante de doctorado en ciencia de materiales e ingeniería en la Universidad de Stanford que trabaja en el grupo del profesor Mark Brongersma, el autor principal del estudio.
Capa de invisibilidad
La detección de la luz es bien conocida y relativamente simple. El silicio genera corriente eléctrica cuando se ilumina y es común en los paneles solares y sensores de luz. El dispositivo de Stanford, sin embargo, por primera vez se utiliza un concepto relativamente nuevo conocido como camuflaje plasmónico para hacer que el dispositivo sea invisible.
El campo de los estudios de plasmónica trata sobre cómo la luz interactúa con nanoestructuras metálicas e induce pequeñas corrientes eléctricas oscilantes a lo largo de las superficies del metal y el semiconductor. Estas corrientes, a su vez, producen ondas de luz dispersas.
Mediante un cuidadoso diseño de sus dispositivos – mediante la regulación de la geometría – los ingenieros han creado un manto plasmónico en el que la luz dispersada por el metal y el semiconductor se anulan entre sí perfectamente a través de un fenómeno conocido como interferencia destructiva.
Las ondas de luz ondulantes en el metal y el semiconductor crean una separación de cargas positivas y negativas en los materiales – un momento dipolar, en términos técnicos. La clave consiste en crear un dipolo en el oro que es igual en fuerza pero de signo opuesto al dipolo en el silicio. Cuando los dipolos positivos y negativos igualmente fuertes se encuentran, se anulan mutuamente y el sistema se vuelve invisible.
«Hemos encontrado que una capa de oro cuidadosamente diseñada altera dramáticamente la respuesta óptica de los nanocables de silicio», dijo Fan. «La absorción de la luz en el cable cae ligeramente – por un factor de sólo cuatro -, pero la dispersión de gotas de luz por 100 veces debido al efecto de camuflaje, convirtiéndose en invisibles.»
«Parece contradictorio,» dijo Brongersma «, pero se puede cubrir un semiconductor de metal – incluso uno tan reflexivo como el oro -. Y aún así tener luz para llegar hasta el silicio como se muestra, el metal no sólo permite a la luz llegar al silicio en el que se puede detectar la corriente generada, sino que hace que el hilo sea invisible.».
En términos efectivos
Los ingenieros han demostrado que el cubrimiento plasmónica es eficaz en la mayor parte del espectro visible de la luz y que el efecto funciona independientemente del ángulo de luz entrante o la forma y la colocación de las cubiertas de los nanocables de metal en el dispositivo. Demuestran que del mismo modo otros metales de uso común en los chips de ordenador, como el aluminio y el cobre, funcionan tan bien como el oro.
Para producir la invisibilidad, lo que importa sobre todo es la afinación de metales y semiconductores. «Si los dipolos no se alinean correctamente, el efecto de invisibilidad se reduce, o incluso se pierde», dijo Fan. «Contar con la cantidad correcta de materiales en nanoescala, por lo tanto, es clave para producir el mayor grado de encubrimiento».
En el futuro, los ingenieros prevén la aplicación en dispositivos semiconductores de metal en muchas áreas importantes, incluyendo células solares, sensores, iluminación de estado sólido, láseres a escala de chip, y mucho más.
En las cámaras digitales y sistemas de diagnóstico por imágenes, por ejemplo, los pixeles cubiertos plasmónicamente podrían reducir la perjudicial diafonía entre los píxeles vecinos, que produce desenfoque. Por lo tanto, podría dar lugar a fotos más nítidas y e imágenes médicas más precisas.
«Incluso podemos imaginar reingeniería de los actuales dispositivos opto-electrónicos para incorporar nuevas funciones y valiosas para lograr densidades de sensores que no son posibles hoy en día», concluyó Brongersma. «Hay muchas nuevas oportunidades para estos bloques fotónicos de construcción».
Fuente: Pengyu Fan, Uday K. Chettiar, Linyou Cao, Farzaneh Afshinmanesh, Nader Engheta, Mark L. Brongersma. An invisible metal–semiconductor photodetector. Nature Photonics, 2012; DOI: 10.1038/nphoton.2012.108
Samsung presenta el «Barristor», su transistor con grafeno
Uno de los postulados más conocidos en el mundo de la electrónica es la Ley de Moore (no se trata de una ley de la naturaleza, sino una tendencia), cuyo enunciado fue realizado por Gordon Moore (uno de los fundadores de Intel) en 1965 en el que venía a decir que cada dos años se duplicaría el número de transistores que se insertarían en los circuitos integrados, algo que se ha seguido cumpliendo prácticamente hasta ahora. La miniaturización, es decir, la realización de transistores más pequeños, ha permitido aumentar la capacidad de proceso de los circuitos integrados, sin embargo, la miniaturización comenzaba a ser un problema hoy en día con tamaños que hacen aflorar inestabilidades en el silicio.
Una de las soluciones que más se barajan en el campo de la microelectrónica es el uso de nuevos materiales que puedan complementar al silicio para poder traspasar esta barrera, por ejemplo el grafeno. Parece que el Instituto de Electrónica Avanzada de Samsung va a ser uno de los primeros en alcanzar este objetivo con el Barristor, un transistor con grafeno que han presentado en la revista Science.
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En el camino hacia un ordenador cuántico
La fundación Volkswagen ofrece € 550000 de apoyo al proyecto de ciencia de los materiales están llevando a cabo bajo la égida de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (Alemania).
La Fundación Volkswagen está financiando un proyecto de ciencia de los materiales que se lleva a cabo conjuntamente por las universidades de Maguncia y Osnabrück, en colaboración con el Centro de Investigación de Jülich. El apoyo debe ser proporcionado por un período de tres años y un total de € 550000. Los jefes del proyecto, el Profesor Dr. Angelika Kuhnle y el Dr. Wolfgang Harneit del Instituto de Química Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), fueron notificados de la concesión en marzo de 2012. Este proyecto es una continuación de un proyecto recientemente concluido anteriormente que también fue financiado por la Fundación Volkswagen. El objetivo general de los proyectos es demostrar la viabilidad técnica de un ordenador cuántico sobre la base de espines de los electrones. Los ordenadores cuánticos son teóricamente capaces de cálculos mucho más eficientes que los de silicio en los quese basan las actuales computadoras. Sin embargo, los materiales necesarios que harían que los ordenadores cuánticos fueran adecuados para el uso diario aún no se han inventado.
Para sus experimentos, el equipo del proyecto en que trabajan Kühnle y Harneit está utilizando fullerenos especiales, de moléculas de carbono con átomos de nitrógeno cerrados, con forma de balones de fútbol. El espín del electrón de este átomo de nitrógeno actúa como un qubit, el equivalente cuántico del bit de un ordenador clásico basado en el silicio. Para leer estos qubits, los científicos tienen que insertar los fullerenos en las vacantes de nitrógeno del diamante , es decir, centros de defectos puntuales en la estructura del diamante, que pueden ser escaneados de forma óptica. Fue Wolfgang Harneit quien tuvo la idea de usar los fullerenos como qubits, y quien estableció los conceptos originales en 2002.
En el primer proyecto, los investigadores confirmaron que los resultados de los cálculos cuánticos utilizando fullerenos se pueden leer con ayuda de los centros de vacantes de nitrógeno en los diamantes. Sin embargo, como los fullerenos no se pudieron configurar apropiadamente en los diamantes, no fue posible realizar cálculos coherentes. En el segundo proyecto, los investigadores planean unir los fullerenos a nanotubos de carbono y luego insertarlos en diamantes. La configuración resultante debería hacer posible realizar cálculos cuánticos complejos inteligibles.
«Estamos trabajando en los ordenadores cuánticos, que son escalables porque estamos en los límites de la tecnología del silicio», dice Angelika Kühnle. «Una computadora cuántica es un tipo completamente revolucionario de computación y una implementación exitosa tendría capacidad impresionante». El proyecto actual se titula «Spin quantum computing based on endohedral fullerenes with integrated single-spin read-out via nitrogen vacancy centers in diamond«. Estará patrocinado por la Fundación Volkswagen «Integration of Molecular Components in Functional Macroscopic Systems» , al igual que su predecesor.
La investigación de Angelika Kühnle la hace una importante contribución a Molecularly Controlled Non-Equilibrium (MCNE) Cluster of Excellence en JGU, que actualmente está compitiendo en la ronda final de la Iniciativa de Excelencia Federal de Alemania.
Fuente: EurekAlert!
Físicos logran récord de distancia para teletransporte
La habilidad de teletransportar fotones a través de 100 kilómetros de espacio libre abre el camino para las comunicaciones por satélite cuánticas mediante satélites.
La teleportación es la extraordinaria capacidad de transferir objetos de un lugar a otro sin tener que viajar a través del espacio intermedio. La idea no es que el objeto material es transportado, sino la información que lo describe. Esto puede ser aplicado a un objeto similar en una nueva ubicación que efectivamente toma la nueva identidad.
Y no es en los medios de cienciaficción. Los físicos han teletransportado fotones desde el año 1997 y la técnica es ahora estándar en los laboratorios de óptica en todo el mundo.
El fenómeno que hace que esto sea posible es conocido como entrelazamiento cuántico, el vínculo profundo y misterioso que se produce cuando dos objetos cuánticos comparten la misma existencia y, sin embargo están separados en el espacio.
La teleportación resulta ser de gran utilidad. Dado que la información teletransportada no viaja a través del espacio intermedio, no puede acceder a ella en secreto un espía.
Por esa razón, la teletransportación es la tecnología que permite detrás de la criptografía cuántica, una forma de enviar la información de forma cercana al secreto perfecto.
Por desgracia, los fotones entrelazados son objetos frágiles. No pueden viajar más allá de un kilómetro más o menos en fibras ópticas porque los fotones terminan interactuando con el vidrio que rompe el entrelazamiento. Esto limita seriamente la utilidad de la criptografía cuántica.
Sin embargo, los físicos han tenido más éxito con fotones teletransportados a través de la atmósfera. En 2010, un equipo chino anunció que había teletransportado fotones individuales a una distancia de 16 kilómetros.Práctico pero no exactamente estremecedor.
Ahora el mismo equipo dice que ha batido este récord. J. Yin de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Shanghai, y otros compañeros afirman que han teletransportado fotones entrelazados a una distancia de 97 kilómetros a través de un lago en China.
Eso es una hazaña impresionante por varias razones. El truco que han perfeccionado es encontrar una manera de utilizar un láser de 1.3 vatios, y unas ópticas de lujo para transmitir la luz y recibirla.
Inevitablemente, los fotones se pierden y el entrelazamiento se destruye en ese proceso. Las imperfecciones en la óptica y la turbulencia del aire son causa de algunas de estas pérdidas, pero el mayor problema es la ampliación del haz (hicieron el experimento a una altitud de unos 4000 metros). Puesto que el haz se propaga, a medida que viaja, muchos de los fotones simplemente pierden el objetivo por completo.
Así que el avance más importante que han hecho es desarrollar un mecanismo de dirección mediante un láser de guía que mantiene la precisión del haz en el blanco. Como resultado, fueron capaces de teletransportar más de 1100 fotones en cuatro horas a una distancia de 97 kilómetros.
Así que tienen claramente la vista puesta en la posibilidad de un satélite con criptografía cuántica, que proporcionaría ultra-comunicaciones seguras en todo el mundo. Eso está en marcado contraste con los pocos kilómetros que son posibles con equipos comerciales de criptografía cuántica.
Por supuesto, las tasas de transmisión de datos probablemente serán lenta y la rápida aparición de tecnología de repetidores cuánticos lograrán extender el alcance de la base en tierra de la criptografía cuántica a fin de poder llegar a todo el mundo, al menos en principio.
Sin embargo, una idea, basada en satélites del sistema de seguridad puede ser una pieza útil del equipo para tener en el techo de una embajada o distribuidos entre las fuerzas armadas.
Fuente: technology review
Aislantes topológicos para dispositivos electrónicos cuánticos
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Duke ha creado una «lista maestra de ingredientes», que describe las propiedades de más de 2000 compuestos que pueden ser combinados para crear la próxima generación de dispositivos de electrónica cuántica.
El objetivo son aislantes topológicos (TI), hecho por el hombre, cristales que son capaces de conducir la corriente eléctrica en sus superficies, mientras que actúan como aislantes en todo el interior del cristal. El descubrimiento de TI ha sido de gran interés para los científicos, pero debido a la falta de un plan racional para la creación de ellos, los investigadores han tenido que depender de los enfoques de ensayo y error, con un éxito limitado hasta la fecha.
Debido a sus propiedades únicas, los IT pueden ser creados de forma que conducen la electricidad de manera más eficiente y al mismo tiempo son mucho menores que los cables o dispositivo convencionaless. Son candidatos ideales para convertirse en dispositivos de electrónica cuántica, afirmaron los investigadores de Duke.
La «clave» desarrollado por los investigadores de Duke es una formulación matemática que abre los datos almacenados en una base de datos de los posibles ingredientes de TI. Se proporcionan recetas específicas para la búsqueda de TI con las propiedades deseadas.
En noviembre, Stefano Curtarolo, profesor de mechanical engineering and materials sciences and physics en Duke’s Pratt School of Engineering y fundador de the Duke’s Center for Materials Genomics, y sus colegas informaron de la creación de un repositorio de genoma de materiales que permite a los científicos dejar de usar la prueba y error como método en la búsqueda de aleaciones eficientes.
El proyecto desarrollado por los ingenieros de Duke cubre miles de compuestos, y proporciona recetas detalladas para la creación de las combinaciones más eficientes para un fin determinado, al igual que los colores diferentes de pinturas en las tiendas para la mezcla de pintura para lograr el resultado deseado. El proyecto es la piedra angular del Duke’s Center for Materials Genomics.
«Aunque es extremadamente útil e importante, una base de datos es intrínsecamente un depósito de estériles de la información, sin alma y sin vida. Tenemos que encontrar los materiales de los ‘genes'», dijo Curtarolo.»Hemos desarrollado lo que llamamos el ‘descriptor topológico,» que cuando se aplica a la base de datos puede proporcionar las instrucciones para la producción de cristales con las propiedades deseadas. »
Durante el desarrollo de la clave de esta base de datos, el equipo también descubrió una nueva clase de sistemas que no hayan podido preverse sin esa «genética» enfoque.
La investigación de Duke se publica en línea en la revista Nature Materials.El trabajo fue apoyado por Office of Navy Research and the National Science Foundation.
El nuevo descriptor desarrollado por el equipo de la Duke, básicamente, puede determinar el estado de cualquier combinación específica de los elementos objeto de la investigación. En un extremo del espectro, Curtarolo explicó, es «frágil».
«Podemos descartar las combinaciones porque, ¿de qué sirve un nuevo tipo de cristal, si sería muy difícil de cultivar, o si se cultiva, no iba a sobrevivir probable?» Curtarolo dijo. Un segundo grupo de combinaciones sería un grupo intermedio denominado «factible».
Pero lo que excita a la mayoría son las combinaciones que resultan ser «robusta». Estos cristales son estables y pueden ser fácilmente producidos de manera eficiente. Igual de importante, estos cristales se pueden cultivar en diferentes direcciones, lo que les da la ventaja de las propiedades eléctricas a medida por los procesos de crecimiento simples.
Fente: PHYSORG
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