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Un dispositivo que convierte información en energía
El experimento, inspirado por una paradoja, tienta a una gota a que suba pendiente arriba.
Las leyes de la física dicen que no puedes obtener energía a partir de nada — aún peor, siempre obtendrás menos energía de un sistema de la que metes en él. Pero un experimento a nanoescala inspirado por una paradoja del siglo XIX que parecía romper esas leyes, demuestra ahora que se puede generar energía a partir de la información.
Masaki Sano, físico de la Universidad de Tokio, y sus colegas han demostrado que puede convencerse a una gota para que suba una ‘escalera espiral’ sin que se transfiera directamente ninguna energía directamente a la gota para empujarla hacia arriba. En lugar de esto, es persuadida a lo largo de su ruta a través de una serie de decisiones juiciosamente sincronizadas para que cambie la altura de sus “pasos”, basándose en la información de la posición de la gota. En este sentido, “la información se convierte en energía”, dice Sano. El trabajo se pulica en Nature Physics1.
La configuración del equipo se inspiró en el experimento mental del siglo XIX propuesto por el físico escocés James Clerk Maxwell, el cual – controvertido en su momento – sugirió que la información podía convertirse en energía. En el experimento mental, un demonio guarda una puerta entre dos habitaciones, cada una repleta de moléculas de gas. El demonio sólo permite que pasen de izquierda a derecha las partículas de gas de movimiento rápido, y las de movimiento lento en sentido contrario.
Como resultado, la sala de la derecha se calentará conforme la velocidad media de las partículas en esa sala se incrementa, y la sala de la izquierda se enfriará. El demonio crea de esta forma una diferencia en la temperatura sin impartir directamente energía a las moléculas del gas – simplemente conociendo la información sobre su velocidad. Esto parece violar la segunda ley de la termodinámica, la cual afirma que no puedes crear un sistema más ordenado sin introducir energía.
Una paradoja puesta en práctica
Para crear una versión real del experimento del demonio, Sano y sus colegas colocaron una gota alargada de poliestireno a nanoescala, la cual podía rotar en sentido horario o antihorario, en un baño de una solución tampón. El equipo aplicó un voltaje variable alrededor de la gota, haciendo que fuese progresivamente más difícil que la gota rotase 360 grados completos en la dirección antihoraria. Esto creó una “escalera espiral” que era más difícil de subir en sentido antihorario que caer por el sentido horario, señala Sano.
Cuando se la dejaba sola, la gota era empujada aleatoriamente por las moléculas de su alrededor, a veces recibiendo suficiente empuje para girar antihorariamente contra el voltaje — o subir la escalera – pero más a menudo se giraba en sentido horario – “bajando” la escalera. Pero entonces el equipo introdujo la versión del demonio de Maxwell.
Observaron el movimiento de la gota, y cuando giraba en sentido antihorario, rápidamente ajustaban el voltaje — el equivalente del demonio de Maxwell de cerrar la puerta a una molécula de gas – haciendo que fuese más difícil para la gota girar en sentido horario. Se animaba de esta forma a que la gota siguiese subiendo la escalera, sin que se impartiese directamente energía a la misma, comenta Sano.
El experimento realmente no viola la segunda ley de la termodinámica, debido a que en el sistema global, la energía debe ser consumida por el equipo – y los experimentadores – para monitorizar la gota y cambiar el voltaje a demanda. Pero demuestra que puede usarse la información como medio para transferir energía, dice Sano. La gota es dirigida como un mini-rotor, con una eficiencia en la conversión de información a energía del 28%.
“Esta es una maravillosa demostración experimental de que la información tiene un contenido termodinámico”, dice Christopher Jarzynski, químico estadístico de la Universidad de Maryland en College Park. En 1997, Jarzynski formuló una ecuación para definir la cantidad de energía que podría convertirse, teóricamente a partir de una unidad de información2; el trabajo de Sano y su equipo ha confirmado ahora esta ecuación. “Esto nos dice algo nuevo sobre cómo funcionan las leyes de la termodinámica a escala microscópica”, apunta Jarzynski.
Vlatko Vedral, físico cuántico de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, dice que será interesante ver si la técnica puede usarse para dirigir nanomotores y máquinas moleculares artificiales. “También me apasionaría ver si ya funciona algo así en la naturaleza”, comenta. “Después de todo, se podría decir que todos los sistemas vivos son “demonios de Maxwell”, intentando desafiar la tendencia del orden a volverse aleatoriedad”.
Referencias:
1. Toyabe, S. , Sagawa, T. , Ueda, M. , Muneyuki, E. & Sano, M. Nature Physics doi:10.1038/NPHYS1821 (2010).
2. Jarzynski, C. Phys. Rev. Lett. 78, 2690-2693 (1997).
Autor: Zeeya Merali
Fecha Original: 14 de noviembre de 2010
Enlace Original
Fuente: Ciencia Kanija
Bajo licencia Creative Commons
Transistor óptico
En un artículo publicado el 11 de noviembre de 2010 en la revista Science, investigadores de la EPFL y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) anunciaron el descubrimiento de un método de acoplamiento para fotones y vibraciones mecánicas que podría tener numerosas aplicaciones en las telecomunicaciones y las tecnologías de la informática cuántica.
El control y la modulación del flujo de luz es esencial en las telecomunicaciones actuales. El profesor Tobias Kippenberg y su equipo en el EPFL’s Laboratory of Photonics and Quantum Measurements han descubierto una nueva manera de acoplar la luz y las vibraciones. Mediante el uso de este descubrimiento, se construyó un dispositivo en el que podría controlar por un segundo haz más intenso, un rayo de luz que viaja a través de un microrresonador óptico. El dispositivo actúa así como un transistor óptico, en el que un rayo de luz influye en la intensidad de otro.
El microrresonador óptico tiene dos características: en primer lugar, atrapa la luz en una estructura de vidrio pequeña, guiando el haz en un patrón circular. En segundo lugar, la estructura vibra, como una copa de vino, en frecuencias bien definidas. Debido a que la estructura es tan pequeña (una fracción del diámetro de un cabello humano), estas frecuencias son 10 000 superiores que la vibración de una copa de vino. Cuando la luz se inyecta en el dispositivo, los fotones ejercen una fuerza llamada presión de radiación, que aumenta en gran medida por el resonador. La creciente presión deforma la cavidad, posibilitando el acoplamiento a la luz de las vibraciones mecánicas. Si se usan dos rayos de luz, la interacción de los dos láseres con las vibraciones mecánicas resulta en una especie de «switch» óptico: el fuerte «control» láser puede activar o desactivar una debil «sonda» láser al igual que en un transistor electrónico.
«Hemos sabido desde hace más de dos años que este efecto era teóricamente posible», explica el científico Albert Schliesser, pero el probarlo resultço laborioso.» El científico Senior del EPFL Samuel Deléglise señala que «el acuerdo entre la teoría y experimento es realmente sorprendente.»
Las aplicaciones de este efecto novedoso, denominado «OMIT» (optomechanically-induced transparency), podría proporcionar una funcionalidad completamente nueva a la fotónica. Las conversiones de radiación a vibración ya está muy extendida por ejemplo, en los teléfonos móviles, un receptor convierte la radiación electromagnética a vibraciones mecánicas, lo que permite que la señal se filtre de manera eficiente. Pero ha sido imposible hacer este tipo de conversión con la luz. Con un dispositivo OMIT basado en un campo de luz visible podría, por primera vez podría convertirse en una vibración mecánica. Esto podría abrir una enorme gama de posibilidades en el campo de las telecomunicaciones. Por ejemplo, se pueden diseñar nievos búferes ópticos de forma que puedan almacenar información óptica hasta varios segundos.
En un nivel más fundamental, los investigadores de todo el mundo han estado tratando de encontrar maneras de controlar sistemas optomecánicos a nivel cuántico: el acoplamiento conmutable demostrado por el equipo de EPFL-Max Planck podría ayudar a la comunidad a superar este obstáculo, al servir como una interface importante en los sistemas cuánticos híbridos.
Referencia de la publicación:
Reference:
- Stefan Weis, Rémi Rivière, Samuel Deléglise, Emanuel Gavartin, Olivier Arcizet, Albert Schliesser, and Tobias J. Kippenberg. Optomechanically Induced Transparency. Science, 11 November 2010 DOI: 10.1126/science.1195596
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Enlaces de interés:
– Científicos de Frontera. Cirac
– Nuevo material que supone avance en la computación cuéntica
Científicos de Frontera – Ignacio Cirac (Física cuántica)
Si no se ve el vídeo, acceder directamente a la fuente, indicada al final de este «post»
Entrevista al físico español Ignacio Cirac , director del Instituto Max Planck para Óptica Cuántica (Alemania) y premio Fronteras del Conocimiento 2008 de la Fundación BBVA. Cirac narra su fascinación por los fenómenos que ocurren en la materia a escala de millonésimas de milímetro: en el mundo cuántico, por ejemplo, los cambios en una parcula pueden manifestarse instantáneamente en otra situada a gran distancia, y sin que exista conexión material entre ambas. Ni magia, ni ciencia ficción; un hecho físico en el que se basan aplicaciones tecnológicas ya existentes, y que constituye el fundamento de los futuros computadores cuánticos.
Fuente: rtve.es
Cabello a la moda mediante un SMS
La última moda consiste en implantarse cabello artificial de fibra óptico-métrica. Cada falso cabello contiene un minúsculo receptor de FM con el que recibe información de diversos servidores de Internet. El circuito nanoscópico incluye un conjunto de diminutos leds capaces de componer hasta 256 colores distintos.
El material con el que se ha desarrollado el cabello postizo facilita la transmisión del color a toda la superficie del filamento, creando la impresión que el pelo es del color de la base.
Una dinamo térmica autónoma transforma el color corporal del cuero cabelludo en la energía necesaria para el correcto funcionamiento de cada tecno-cabello.
Una vez implantado puedes, desde tu teléfono móvil, decidir el color de cabello que quieres lucir. Es tan sencillo como enviar un SMS al 29729 con el texto COLOR espacio AZUL-VERANO y, en cinco minutos, por algo menos de un euro, tu pelo lucirá tan azul como el cielo de una preciosa tarde de agosto.
Los que ya lo han probado están encantados y sólo intuyen un leve inconveniente. La garantía de cada ciber-pelo es de 100 años. Eso significará que, una vez superado ese periodo, el mecanismo empezará a fallar. Estas modernas maravillas perderán a la larga la capacidad de colorearse y volverán a su estado original: mostraran un color transparente, cercano al blanco, que dará un aspecto cómo de cabeza nevada.
Los expertos buscan un nombre para este curioso y nuevo fenómeno tecnológico. Los más avispados proponen llamarlo canas.
Fuente: La ciencia y sus demonios
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Enlaces de interés:
– Seguridad del estado con un toque de luz. Fotónica
– Apuntes Introduccion a la Informática. GAP. UMU. La Información
Nobel al material informático del futuro
Los investigadores Andre Geim y Konstantin Novoloselov son los ganadores del Premio Nobel de Física 2010 por sus revolucionarios descubrimientos sobre el material bidimensional grafeno, comunicó hoy la Real Academia de las Ciencias de Suecia.
Geim, de 51 años, y Konstantin, de 36, comparten el premio por sus experimentos con un material de carbono ultrafino, que puede ser utilizado en diferentes campos. El comité ha señalado que los dos investigadores habían conseguido desarrollar un material del carbono en forma muy fina -de sólo un átomo de espesor- con propiedades excepcionales aplicables en el terreno de la física cuántica.
Sus investigaciones también han logrado importantes aplicaciones prácticas para el grafeno, ligadas a la creación de nuevos materiales y la manufactura electrónica, según la explicación de la Academia. Los expertos consideran que los transistores de grafeno van a ser sustancialmente más rápidos que los de silicio que se emplean en la actualidad en la mayoría de aparatos electrónicos, con lo que se podrán fabricar ordenadores mucho más eficientes.
El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja. Este nuevo material se caracteriza por poseer una alta conductiidad térmica y eléctrica y por combinar una alta elasticidad y ligereza con una extrema dureza, que lo sitúa como el material más resistente del mundo. Además puede reaccionar químicamente con otros elementos y compuestos químicos, lo que convierte al grafeno en un material con un gran potencial de desarrollo.
Fuga de cerebros
Geim, nacido en Sochi, Rusia, en 1958 y nacionalizado holandés, se doctoró en Ciencias Físicas en 1987 en la Academia Rusa de Ciencias de Chernogolovka, y actualmente ejerce en la Universidad de Manchester (Reino Unido). Su colega Novoselov nació en 1974 en Nizhny Tagil, Rusia, tiene doble nacionalidad británico-rusa, ha ejercido en la Universidad de Nijmegen (Holanda) y es catedrático en la Universidad de Manchester, como Geim.
El premio con 10 millones de coronas suecas (1,5 millones), otorgado por el Comité del Premio Nobel de Física en la Real Academia Sueca de Ciencias, ha sido el segundo de los premios Nobel otorgados este año, después de que ayer Robert Edwards, que desarrolló el método de la fecundación invitro, recibiera el Nobel de Medicina. La ronda de los anuncios de estos galardones seguirá mañana con el de Química, el jueves se dará a conocer el de Literatura, el viernes el de la Paz y el lunes el de Economía.
Fuente: Sciencia-Geek
2010 Nobel, Física: Andre Geim y Konstantin Novoselov por el descubrimiento del grafeno
Los dos científicos de la Universidad de Manchester que descubrieron el grafeno, Andre Geim y Konstantin Novoselov han obtenido el Premio Nobel de Física de 2010 por iniciar uno de los campos de investigación más candentes de la actualidad. Los análisis bibliométricos de Thomson Reuters han acertado este año con un pleno. Mi entrada está basada en el anuncio oficial del Premio Nobel (Prize Announcement). He visto en directo (online) el anuncio, que ha incluido una entrevista a Geim muy emotiva (se le oía muy emocionado por el premio aunque se sabía firme ganador algún día). [PS: Más información en inglés en Advanced Information y Popular Information].
El grafeno es una película de un átomo de grosor de átomos de carbono colocados en una red atómica perfecta. Esta forma del grafeno tiene unas propiedades excepcionales que se originan en las sutilezas de la física cuántica. El grafeno (igual que el diamente) es un material muy duro, aunque solo tenga un átomo de grosor, es buen conductor de la electricidad (mejor que el cobre), del calor (el mejor conductor del calor conocido), es casi transparente (ver la foto adjunta), pero tan denso que ni siquiera un átomo de helio (el átomo más pequeño de un gas) puede atravesar sus agujeros (entre los átomos de carbono).
Geim y Novoselov extrajeron el grafeno de un trozo de grafito (el mismo que se encuentra en cualquier lápiz ordinario). Utilizaron una especie de cinta adhesiva que les permitió extraer del grafito una lámina de un solo átomo de carbono. Muchos científicos creían entonces que era imposible que una lámina de un solo átomo de grosor cualquier material era imposible de fabricar porque era inestable. Geim y Novoselov lograron lo inesperado y con ello se convirtieron en firmes candidatos al Premio Nobel que ahora han obtenido.
El grafeno ha permitido a los físicos estudiar las propiedades de los materiales en solo dos dimensiones. Muchas de estas propiedades se deben a fenómenos de la física cuántica sin análogo en el mundo de los materiales en tres dimensiones. Las aplicaciones del grafeno están aumentando cada día, entre ellas, la creación de nuevos materiales y la fabricación de productos electrónicos innovadores (como transistores de grafeno) que podrían reemplazar al silicio y el germanio en muchas aplicaciones. Como es prácticamente transparente y un buen conductor, el grafeno es adecuado para la producción de pantallas táctiles transparentes, pantallas para televisores y monitores, e incluso las células solares. Mezclado con plásticos el grafeno los convierte en conductores de la electricidad, haciéndolos más resistentes al calor y más resistente mecánicamente, lo que ha permitido desarrollar nuevos materiales delgados superfuertes, con buenas propiedades elásticas y muy ligeros, con posibles aplicaciones en satélites, aviones y automóviles.
Konstantin Novoselov, de 36 años, es ciudadano británico y ruso, aunque nació en Rusia. Andre Geim, de 51 años, es ciudadano holandés, aunque también nació en Rusia. Novoselov trabajó por primera vez con como estudiante de doctorado de Geim en los Países Bajos. Posteriormente le siguió al Reino Unido. Ambos estudiaron su carrera de física en Rusia. Ahora son profesores de la Universidad de Manchester.
Más sobre el grafeno en este blog:
“El grafeno, la panacea de la nanoelectrónica,” 27 Marzo 2009;
“Tan fácil como tocar y pegar o cómo depositar capas monoatómicas de grafeno sobre silicio y óxido de silicio utilizando cobre,” 7 Mayo 2009;
“Desenrollando nanotubos de carbono multicapa en nanoláminas de grafeno (o cuando una imagen vale más que mil palabras),” 16 Abril 2009;
“La meteórica carrera de Tomás Palacios y el transistor de grafeno ultrarrápido,” 4 Mayo 2009;
“Nanotransistores con canal de nanotubos para los ordenadores del futuro,” 29 Mayo 2008;
“Nanotransistores ultrarrápidos basados en grafeno,” 16 Septiembre 2010;
“Quién será capaz de fabricar el grafeno semiconductor,” 28 Marzo 2010;
“El joven científico español Tomás Palacios entrevistado en la revista Science,” 26 Marzo 2010;
“Grafeno ultraplano sobre un substrato de mica,” 19 Noviembre 2009;
“Observado el efecto Hall cuántico fraccionario en grafeno,” 16 Noviembre 2009.
IBM investiga memoria DRAM de un solo átomo
Lo último en «chips» de memoria del futuro, codificar bits en átomos individuales, una capacidad demostrada recientemente para los átomos de hierro en una investigación en «IBM’s Almaden Research Center» en San José, California (EE.UU.), que dio a conocer una nueva técnica de impulsos para los microscopios de efecto túnel (STM ).
Pulsos-STM con un rendimiento de nanosegundos en tiempo de resolución, es un requisito para el diseño de chips de memoria a escala atómica, paneles solares y los ordenadores cuánticos del futuro.
«Mi esperanza es que podamos generar una gran serie con resolución temporal de nanosegundos y en escala espacial resolución atómica con los STM,» dijo Andreas Heinrich, un físico de IBM en el laboratorio Almadén.
STM, fue inventado por IBM en la década de 1980, se han convertido en el caballo de batalla de la industria de los materiales semiconductores. Su resolución se extiende hasta el final de la escala atómica, lo que permite examinar átomos individuales. Por desgracia, los STM son lentos en hacer mediciones tan delicadas. Ahora IBM ha puesto a punto una nueva técnica STMde pulsos que lleva a la capacidad de medir el tiempo a la par con la precisión nanométrica como medidas de distancia.
La técnica de IBM trabaja en una manera similar a como trabaja una láser pulsado. En primer lugar una señal de la bomba se introduce en el material de la punta del STM para poner spin electrónico del átomo en un estado conocido, después de un período de espera una sonda de señal más pequeña es utilizada para hacer una medición. Repitiendo el proceso, cada vez que se amplía el tiempo entre los pulsos por unos pocos nanosegundos, el proceso es capaz de medir con exactitud el tiempo de relajación del spin electrónico o el tiempo que un bit de información es retenido por un solo átomo de hierro.
Hoy en día los «chips» de memoria DRAM deben actualizar (refrescar) sus bits cada 50 milisegundos o menos, pero utilizando la nueva técnica STM de pulsos, IBM ha observado que los átomos individuales de hierro podrían ser refrescados cada 250 nanosegundos aproximadamente, alrededor de 200000 veces más rápido.
«Ahora sabemos la respuesta a la pregunta:» ¿Qué pasa cuando tratas de almacenar información en un solo átomo de hierro? Y esperamos que en el futuro a largo plazo podemos hacer un progreso similar en respuesta a las preguntas acerca de la eficiencia de células solares y los ordenadores cuánticos «, dijo Heinrich.
La técnica STM de pulsos se podría adaptar a la medición de la eficiencia de células solares individuales mediante el uso de un pulso de luz como la bomba para estimular las células solares y entonces realizando la exploración con la punta del STM. Heinrich también espera poder revelar el funcionamiento interno de las puertas lógicas de un ordenador cuántico, utilizando la técnica de STM de pulsos.
«Si podemos poner bits cuánticos en superficies tal que tienen que interactuar unos con otros, entonces, básicamente, vamos a mostrar una nueva forma de computación cuántica realizada realmente en la escala atómica. Ésa es mi visión del futuro de la mecánica cuántica», dijo Heinrich .
Fuente: EETimes
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Enlaces relacionados:
– Nuevo material que supone avance en la computación cuántica
Nuevas partículas de nanodimensiones pueden proporcionar gran capacidad de almacenamiento
Los cambios de fase en un nuevo material “BEAN” (Binary Eutectic-Alloy Nanostructures), el cambio de fase cristalina a amorfa y de nuevo a estados cristalino, se puede inducir en cuestión de nanosegundos mediante luz eléctrica o láser, o una combinación de ambos, según Daryl Chrzan, un físico que trabaja en Berkeley Lab’s Materials Sciences Division y UC Berkeley’s Department of Materials Science and Engineering. «Trabajar con nanopartículas de estaño embebidas en silicio, así es como con nuestros BEAN iniciales, hemos sido capaces de estabilizar ambas fases, amorfa y sólida y poder modular la cinética de conmutación entre las dos simplemente alterando la composición. »
Chrzan es el autor de un documento que informa sobre los resultados de esta investigación que ha sido publicada en journal NanoLetters, titulado «Embedded Binary Eutectic Alloy Nanostructures: A New Class of Phase Change Materials.» Coautores del artículo: Chrzan se Swanee Shin, Julián Guzmán, Yuan Chun-Wei, Liao Christopher, Cosima Boswell Koller, Peter Stone, Oscar Dubón, subgrupos Andrés, Masashi Watanabe, Jeffrey Beeman, Yu Kin, Ager Joel y Eugene Haller .
«Lo que hemos demostrado es que la aleación eutéctica binaria de nanoestructuras, tales como puntos cuánticos y nanocables, pueden servir como materiales de cambio de fase», afirma Chrzan. «La clave para el comportamiento que se observa es la incorporación de nanoestructuras en una matriz de volumen a nanoescala. La presencia de este nanoestructura/matriz de interface hace posible un rápido enfriamiento que estabiliza la fase amorfa, y también nos permite afinar la cinética de la transformación cambio de fase del material.»
Una aleación eutéctica es un material metálico que se funde a la temperatura más baja posible, para su mezcla de componentes. Los compuestos de estaño y germanio son una aleación eutéctica que ha sido considerada por los investigadores como un material prototipo de cambio de fase, ya que puede existir a temperatura ambiente, ya sea en un estado estable cristalino o un estado amorfo metaestable. Chrzan y sus colegas encontraron que cuando los nanocristales de germanio y estaño fueron incorporados dentro del silicio amorfo los nanocristales formaron una nanoestructura bilobulada que era mitad cristalina metálica y la otra mitad semiconductora cristalina.
«El enfriamiento rápido mediante fusión por láser pulsado estabiliza una fase metaestable, amorfa, de composición mixta a temperatura ambiente, durante el calentamiento moderado seguido de un enfriamiento más lento devuelve los nanocristales a su estado cristalino inicial bilobulados,» según Chrzan. «El silicio actúa como un tubo de ensayo pequeño y muy limpio que confina las nanoestructuras para que las propiedades de la interfaz de BEAN/Silicio sean capaces de dictar las propiedades únicas del cambio de fase».
Si bien todavía no se han caracterizado directamente las propiedades de transporte electrónico de las estructuras BEAN bilobuladas y amorfas, de los estudios sobre sistemas relacionados Chrzan y sus colaboradores esperan que el transporte, así como las propiedades ópticas de estas dos estructuras se verán sustancialmente diferentes y que estas diferencias serán ajustables a través de alteraciones de la composición.
«En el estado amorfo de la aleación, esperamos que BEAN visualice, la conductividad metálica normal» dice Chrzan.»En el estado bilobulado, el BEAN puede incluir una o más barreras Schottky que se puede hacer que funcionen como un diodo. ” Para fines de almacenamiento de datos, la conducción metálica podría significar un cero y una barrera Schottky podría significar un uno. »
Chrzan y sus colegas están ahora investigando si los BEAN pueden sostener repetidos cambios de fase y si el cambio de ida y vuelta entre las estructuras bilobuladas y amorfa se pueden incorporar en una geometría de cable También desean modelar el flujo de energía en el sistema y luego usar este modelo para adaptar los pulsos de luz/corriente corriente para lograr propiedades óptimas del cambio de fase.
Proporcionado por Lawrence Berkeley National Laboratory ( news : web)
Fuente: PHYSORG.COM
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Puerta lógica mecánica: ¿Podrían las palancas reemplazar a los transistores?
De vuelta a la época victoriana, Charles Babbage creó un equipo mecánico que usaba palancas y engranajes para obtener los datos en movimiento. Actualmente, sin embargo, nuestros ordenadores en su mayoría operan utilizando transistores electrónicos. Por desgracia, al juntar una puerta lógica para su uso en la informática, algunos de los los materiales utilizados no puede resistir el calor. El carburo de silicio se ha utilizado para ayudar a fortalecer el silicio ordinario, que se degrada a 250 a 300 grados Celsius.Sin embargo, estos transistores son voluminosos, lentos y requieren altos voltajes.
Con el fin de evitar este problema Te-Hao Lee y un equipo de la Case Western Reserve University volvió a las ideas de Babbage de la computación mecánica. New Scientist informa sobre el esfuerzo de integrar la informática en nuestros sistemas mecánicos electrónicos modernos:
Su equipo ha desarrollado una versión mecánica de un inversor – el módulo que se utiliza para construir muchos tipos de puertas lógicas, que a su vez son un componente fundamental de los circuitos digitales, enlos ordenadores. El dispositivo utiliza un arreglo de palancas a nanoescala en lugar de transistores. Al igual que un operador del telégrafo Morse, estas palancas físicas habilitan y deshabilitan contactos para dejar pasar o bloquear las corrientes.
La aplicación de un voltaje hace mover las palancas mediante atracción electrostática . El equipo de Lee consiguió que el inversor a 550 C se encienda y se apague 500000 veces por segundo, realizando un cálculo en cada ciclo.
Dichas temperaturas de funcionamiento son alentadores. Sin embargo, hay problemas. Los componentes mecánicos se empiezan a romper después de dos mil millones de ciclos, lo que limita su utilidad. Además, esta configuración es siempre más lenta que la velocidad de un PC normal. Sin embargo, los principales usos de una puerta lógica mecánica probablemente no serían en la informática de consumo. En su lugar, tal dispositivo tendría más sentido en situaciones de calor muy elevado, como por ejemplo los motores de cohete.
Más información:
Te-Hao Lee, Swarup Bhunia, Mehran Mehregany, «Electromechanical Computing at 500°C with Silicon Carbide» Science (septiembre de 2010). Disponible en línea: 29/5997/1316 http://www.science …
Paul Marks, «Steampunk chip takes the heat», revista New Scientist (10 de septiembre de 2010). Disponible en línea: http://www.newscie … él-heat.html
Hamish Johnston, Logic circuit takes the heat «, PhysicsWorld (14 de septiembre de 2010). Disponible en línea: http://physicsworl … / news/43734.
Fuente: PHYSORG.COM
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– Actualidad informática: Electrónica
– Breve historia de la electrotécnica
Crean el primer transistor de Grafeno (100 GHz)
IBM, compañía con gran número de patentes a nivel industria, anunció en febrero pasado la creación de un transistor capaz de funcionar a una frecuencia de 100GHz; la pequeña unidad está compuesta de Grafeno.
La firma International Business Machines (IBM) anunció en febrero pasado la creación de un transistor fabricado con Grafeno y que es capaz de funcionar a frecuencias de hasta 100GHz. El logro le ha sido adjudicado a al investigador Phaedon Avouris, Director de Ciencia a Escala Nanométrica de IBM, cuya participación consistió en la supervisión de este proyecto.
Como parte de la retrospectiva de la compañía en su intento por crear el transistor, en el año 2008 la empresa comenzaba a trabajar con el Grafeno (material con alta conductividad) y consiguió fabricar prototipos de transistores que corrían a velocidades de varios Ghz, no obstante es hasta ahora que se ha logrado llegar a la barrera de los 100 GHz en una unidad lógica (transistor equivalente a 100 mil millones de cambios entre “0” y “1” por segundo).
El Grafeno, cuyo compuesto de Carbono con sus átomos densamente empaquetados es similar al Grafito, desde el punto de vista físico tiene una estructura laminar plana de tan solo un átomo de grosor y conformada por átomos de Carbono que crean a su vez una red cristalina asemejada a la forma de un panal de abejas. Cada átomo está ligado a sus vecinos mediante enlaces covalentes y es un componente estructural básico de todos los demás elementos graníticos, incluyendo los nanotubos de Carbono y los fulerenos.
Con los recursos que han sido identificados en los últimos años sobre componentes desarrollados con Grafeno, la electrónica basada en este material supera ampliamente la velocidad de sus equivalentes desarrollados con Silicio y podrían lograr CPUs con 25 a 50 veces más rapidez que las actuales con procesadores de Silicio. Las computadoras actuales basan su funcionamiento en chips cuyos componentes principales son transistores de Silicio, y este cambio puede intensificar la velocidad de los mismos CPUs.
Otra de las propiedades de este material es que permite una mejor conducción de las cargas eléctricas y esta es una de las razones que ha permitido a IBM romper la barrera física de los 100 100 GHz. Si tomamos en cuenta los tres o cuatro mil millones de cambios por segundo que un microprocesador moderno puede efectuar, IBM podría ser la clave en la búsqueda de la creación de nuevos dispositivos ultra-veloz en el campo de la electrónica y de las telecomunicaciones.
La compañía ha considerado que la movilidad de los portadores de carga en el Grafeno convierte en un candidato prometedor a dispositivos electrónicos de alta velocidad y al mismo tiempo se consigue fabricar transistores más pequeños y rápidos con materiales semiconductores.
Los detalles de la investigación del equipo del científico Avouris fueron publicados en distintos medios de divulgación científica como la revista Science y el New York Times, por mencionar algunos.
Fuente: electronicosOnline.com
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