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FÍSICA

Nuevos materiales para construir el futuro

Ana Sebastián| 10/05/2010 a las 13:32    

Dentro de unos diez o quince años, tal vez nuestro móvil o nuestro ordenador estén hechos de grafeno -ese finísimo y durísimo material- en vez de silicio. Pero, dentro de algún tiempo más, puede que los ordenadores más sofisticados almacenen y procesen información utilizando las propiedades cuánticas de los materiales magnéticos moleculares. ¿O funcionarán con fotones?; ya se están desarrollando esferas de silicio para crear con ellas tecnologías basadas en nanofotónica. Superconductores de escala nanométrica, refrigeradores magnéticos en miniatura... son solo algunos de los materiales con los que se construye nuestro futuro.

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Nanoestructuras de silicio en las que podría basarse la nanofotónica del futuro

Nanoestructuras de silicio en las que podría basarse la nanofotónica del futuro

Recreación artística de un cristal de grafeno

Recreación artística de un cristal de grafeno

Transistor monoeléctronico fabricado en una lámina de grafeno

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La técnica basada en un haz de iones focalizado permite fabricar cualquier tipo de nanoestructuras con resolución de 50 nm

La técnica basada en un haz de iones focalizado permite fabricar cualquier tipo de nanoestructuras con resolución de 50 nm

Fundido de la red de vórtices producida en el superconductor por el campo magnético. A baja temperatura (1,2 K), los vórtices se encuentran en estado sólido y forman una red hexagonal; a mayor temperatura (2,1 K), se funden y se comportan como un líqui

Fundido de la red de vórtices producida en el superconductor por el campo magnético. A baja temperatura (1,2 K), los vórtices se encuentran en estado sólido y forman una red hexagonal; a mayor temperatura (2,1 K), se funden y se comportan como un líqui

EL PROMETEDOR GRAFENO
En el año 2004, los profesores de la Universidad de Manchester Andre Geim y Kostia Novoselov descubrieron cómo conseguir grafeno, una monocapa de un solo átomo de carbono, a partir de grafito. Una de las curiosidades de este logro fue la curiosa técnica que utilizaron para crear la muestra de material, ya que a partir de grafito (como el que encontramos en la mina de cualquier lápiz) y con la ayuda de simple cinta adhesiva consiguieron dejar una capa de tan solo el espesor de un átomo de carbono.

Desde entonces muchos los científicos se han interesado por este material, tanto por el amplio abanico de sus posibles aplicaciones como por la base física que subyace en las propiedades que presenta. Entre ellas destaca que es el material más resistente que existe en la actualidad, mucho más fuerte que el diamante y muchísimo más fino que el papel, y se le puede dar formas muy distintas como nanotubos o fullerenos (estructuras moleculares de carbono con forma de esfera hueca).

¿LA ALTERNATIVA AL SILICIO?
Otra de sus propiedades es que conduce la electricidad mucho mejor que la mayoría de los materiales, ya que los electrones viajan a través del grafeno sin dispersarse. Ello ha llevado a pensar que estamos ante una posible alternativa a la electrónica basada en el silicio, más eficiente y económica y también mucho más rápida.

El equipo de la Universidad de Manchester con el que trabaja Novoselov ha desarrollado un transistor de grafeno. Una lámina de este material puede ser cortada en pequeñas cintas de tan solo 10 nanómetros de anchura y 0,1 nanómetros de espesor y seguir siendo estable y conductora, lo que haría que la industria pudiera desarrollar componentes electrónicos muchísimo más pequeños de lo que permite el silicio. La miniaturización haría posible integrar mayor cantidad de transistores en un solo chip, lo que se traduciría en una mayor velocidad de procesamiento.

En alguno de los muchos artículos dedicados a este tema se comenta la posibilidad de que, dentro de diez o quince años, los móviles, ordenadores y dispositivos electrónicos en general estarán hechos de grafeno en lugar de silicio. Kostia Novoselov, por el contrario, opina que probablemente el grafeno ayudará a mejorar la tecnología derivada del silicio, pero no sustituyéndola sino mejorándola, es decir, grafeno y silicio son compatibles y podrían formar parte del mismo dispositivo.

SUPERCONDUCTORES DE ESCALA NANOMÉTRICA
Utilizando una novedosa técnica basada en un haz de iones focalizado, con una punta de 7 nanómetros, que normalmente se utiliza para crear nanoestructuras en una muestra arrancando material, el investigador Javier Sesé, del Instituto de Nanociencia de Aragón (INA), hace crecer material rompiendo localmente la molécula de un gas utilizado como precursor, el hexacarbonilo de wolframio.

Este material se convierte en superconductor a 5 grados Kelvin (0 K equivalen a -273,15ºC), lo cual supone una gran ventaja ya que permite utilizar helio líquido a 4,2 K como refrigerante, al igual que otros superconductores más convencionales como el niobio, y por tanto simplificar sus aplicaciones tecnológicas.

Con esta técnica crean estructuras de cualquier geometría a un tamaño límite de 50 nanómetros, cuando con la técnica convencional de litografía óptica solo se consiguen tamaños mayores de 1 micra (1.000 nanómetros). Además de aportar valiosa información sobre los fenómenos que aparecen en los superconductores tipo II (por ejemplo, en una colaboración con la Universidad Autónoma de Madrid, ha servido para observar el fundido de la red de vórtices por primera vez), también el INA lo está utilizando para crear o reparar circuitos superconductores con una precisión imposible hasta ahora. Uno de sus objetivos más ambiciosos es la fabricación de SQUID (sensores de campo magnético muy precisos), todavía más pequeños y sensibles, pudiendo llegar a medir en el futuro incluso el magnetismo de una sola molécula.

APLICACIONES EN BIOLOGÍA
Cuando se trata de abordar el estudio de un material biológico, la complejidad aumenta, ya que las paredes celulares tienen decenas de moléculas distintas.

El investigador Xavier Trepat, de la Universidad de Barcelona, trabaja en mecánica celular, concretamente en el estudio de cómo cambia la estructura de la pared celular al someterla a deformaciones. Además de la respuesta biológica, hay una repuesta física: las células pasan de ser materiales predominantemente sólidos a ser fluidos al aplicarles la deformación y de nuevo solidifican al desaparecer esta. Podría compararse a lo que le ocurre al ketchup, que en ausencia de fuerzas externas es sólido pero, al sacudirlo, es decir, al aplicarle una fuerza, se convierte en un fluido y cae, solidificando una vez que está en el plato. Esto ha permitido aplicar a muestras biológicas técnicas experimentales que los físicos de ciencia de materiales especializados en lo que se conoce como materia blanda ya llevaban años utilizando.

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