Re: FORO-CIENCIA

Nanoantenas para luz hechas de puntos cuánticos


Concepto artístico de antenas para captar luz. (Imagen: Jorge Munnshe para NCYT)


Existe un gran interés entre los nanotecnólogos por las aplicaciones prácticas que podrían tener los puntos cuánticos, moléculas artificiales especiales de tamaños variables según la función, que contienen desde unos pocos átomos hasta cantidades elevadas de ellos, y que interactúan de maneras únicas con la luz y los campos magnéticos.
Sin embargo, para poder aprovechar los usos potenciales de los puntos cuánticos es vital disponer de una estrategia con la que sea posible construir estructuras complejas hechas con puntos cuánticos de varios tipos distintos. Y esto estaba fuera del alcance de los científicos, hasta ahora.
Un nuevo descubrimiento llena ese vacío.
Un equipo dirigido por Shana Kelley y Ted Sargent de la Universidad de Toronto, Canadá, ha desarrollado una nueva generación de nanomateriales que, entre otras cosas, permiten construir dispositivos capaces de controlar y dirigir la energía absorbida de la luz. Concretamente, han creado lo que ellos llaman "moléculas artificiales", y su primer uso práctico es la fabricación de nanoantenas para luz hechas de puntos cuánticos.
El equipo combinó su experiencia en ADN y en semiconductores para idear una estrategia mediante la cual poder unir entre sí a ciertas clases de nanopartículas.
Las nuevas y singulares antenas para luz se construyen por sí mismas. Basta con recubrir diferentes clases de nanopartículas con secuencias seleccionadas de ADN, combinar las diferentes familias en un vaso de precipitados, y la naturaleza se ocupa de hacer el resto del trabajo. El resultado es un nuevo y sofisticado conjunto de materiales autoensamblados con propiedades asombrosas.
Las antenas tradicionales aumentan la captación de ondas electromagnéticas de determinadas frecuencias, como por ejemplo las de radio, para posibilitar una adecuada absorción de su energía y su posterior canalización a través de un circuito.
Las nuevas nanoantenas para luz incrementan la cantidad de luz que se absorbe y es canalizada en un punto específico.

Logran mayor nivel de transmisión en superluminalidad



Investigadores de la Universidad Pública de Navarra, en colaboración el Imperial College London de Londres, y la Universidad de California en San Diego, acaban de publicar en la revista Physical Review B un artículo donde demuestran experimentalmente que es posible tener superluminalidad (propagación de un pulso electromagnético a una velocidad más rápida que la luz) con un nivel de transmisión 10 veces superior a los resultados existentes hasta la fecha.
"El empuje por curvatura queda todavía fuera del alcance de las naves espaciales, pero dos nuevos experimentos han llevado a un pulso de luz más allá del límite de velocidad de 300.000 kilómetros por segundo establecidos en la teoría de Einstein de la relatividad especial". Science Now, que también se hace eco de esta investigación, comenzaba así su artículo sobre los últimos avances en superluminalidad. En él explica y compara sendos trabajos realizados por el grupo de la UPNA “Comunicaciones, Señales y Microondas”, encabezado por el catedrático Mario Sorolla, y un grupo de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, China.
Un pulso es una onda electromagnética de corta duración. Los investigadores han diseñado un prototipo especial, un medio superluminar a través del cual emiten el pulso. Se trata de una estructura metálica en forma de sándwich, perforada periódicamente y con láminas dieléctricas (que no conducen electricidad) a ambos lados. “La principal ventaja de nuestro diseño —indica Miguel Navarro— es su simplicidad y su escalabilidad a cualquier rango de frecuencias, desde ondas de radiofrecuencia hasta el visible e, incluso, más allá, hasta el ultravioleta”.
Este trabajo, al igual que el de la universidad china, no viola la teoría de la relatividad descrita por Einstein, según la cual la información no puede viajar más rápido que la luz. Para comprender cómo se propaga un pulso, debemos imaginar esa onda electromagnética como si fuera una ola que va avanzando, de modo que tendríamos el pico del pulso (la cresta de la ola) y también una parte anterior y posterior al pulso (el agua que permanece por detrás y por delante de la ola).
Así lo explica el investigador Miguel Navarro: “La superluminalidad se observa con respecto al pico del pulso, y no con su parte delantera, lo que representa la verdadera causalidad de la teoría de la relatividad. Cuando emitimos un pulso sobre un material normal, al propagarse, el pico del pulso permanece en el mismo lugar; sin embargo, cuando el pulso se emite a través del prototipo diseñado, este material hace que el pico del pulso se produzca más adelante y puede parecer que viaja tan rápido que aparece en su destino antes incluso de que el pulso haya iniciado su recorrido de entrada en el prototipo”.
Aunque puede parecer que el pulso viaja a mayor velocidad que la luz, no es así: “Cualquier sistema que explote este fenómeno no será capaz de producir su efecto hasta que el pulso que lleva la señal haya comenzado su viaje. Por tanto, seguirá existiendo el límite fundamental de la velocidad de la luz que no podremos rebasar. Ahora bien, los nuevos sistemas que surjan podrán aprovechar este fenómeno para acercarse más a este límite teórico”.
La colaboración del grupo de Mario Sorolla con Vitaliy Lomakin se remonta a 2006 y ha estado marcada por dos grandes hitos en el campo de los metamateriales y de la transmisión extraordinaria: la transmisión de energía a través de láminas metálicas perforadas con agujeros tan pequeños que, según las teorías clásicas, no permitirían el paso eficiente de energía.
En concreto, su primer trabajo en común, publicado en Optics Express en 2007, demostró la posibilidad de miniaturizar estructuras con transmisión extraordinaria y de utilizar éstas para obtener un medio metamaterial con índice de refracción negativo y bajas pérdidas, paso fundamental para tener una lente perfecta y la soñada capa de invisibilidad. Este segundo trabajo, ahora publicado, marca un récord de alta transmisión en una estructura superluminar, lo cual abre las puertas a aplicaciones reales sin tener que depender de amplificación.
“El éxito de esta colaboración radica en la complementariedad de ambos grupos: mientras nuestro grupo se caracteriza por un fuerte perfil experimental, Vitaliy Lomakin es un reconocido teórico. Y además, ambos tenemos una pasión especial por estructuras periódicas con transmisión extraordinaria, lo que hace tener un mismo interés y objetivo”, comenta Mario Sorolla.
Hasta la fecha, el grupo de Mario Sorolla ha publicado en el campo de la transmisión extraordinaria (que es uno de los aspectos principales del trabajo de superluminalidad) 1 capítulo de libro, 45 artículos en revistas internacionales y más de 100 comunicaciones en congresos internacionales. Asimismo, el trabajo del grupo en este campo ha dado lugar a las tesis de Miguel Beruete (2006) y Miguel Navarro (2010), esta última galardonada en 2011 por el Colegio Oficial y Asociación Española de Ingenieros de Telecomunicación con el premio a la Mejor Tesis Doctoral en “Fundamentos y tecnologías básicas de la información y las comunicaciones, y sus aplicaciones”. (Fuente: SINC/UPNA)

amigo pedroelgrande:

sera bueno investigar con estas fuerzas tan potentes?

sabremos lo que pasara cuando lleve un tiempo en marcha?

y lo mejor de todo para que nos servirá?

Me quedé pensando en tu respuesta...tenes razón..a que nos llevaran los cientificos con todo esto..?

Magnetismo bajo circunstancias insólitas


A escalas muy pequeñas, el magnetismo puede que no se comporte del modo que muchos científicos creen. (Foto :Concepto artístico de Jorge Munnshe para NCYT)


A escalas muy pequeñas, el magnetismo puede que no se comporte del modo que muchos científicos creen. Según las conclusiones de un estudio reciente que revela esta posibilidad, se podría crear un punto cuántico que fuese magnético bajo circunstancias insólitas.
El magnetismo está determinado por una propiedad que todos los electrones poseen: el espín. Los espines individuales son comparables a diminutos imanes de barra, con sus polos norte y sur. Los electrones pueden tener un espín "hacia arriba" o "hacia abajo", y un material es magnético cuando la mayoría de sus electrones tienen el mismo espín.
Los electrones libres pueden actuar como "mensajeros magnéticos", usando su propio espín para alinear los espines de los átomos cercanos. Si dos electrones libres con espines opuestos están en un área, el sentido común nos dice que sus respectivas influencias se contrarrestan mutuamente, dejando como resultado un material sin propiedades magnéticas.
Pero los físicos Rafal Oszwaldowski e Igor Zutic de la Universidad en Buffalo (Universidad Estatal de Nueva York) y Andre Petukhov de la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur han propuesto que a escalas muy pequeñas, el magnetismo puede ser más complicado que esa mera obstaculización mutua. Es posible, según estos físicos, observar una forma peculiar de magnetismo en puntos cuánticos cuyos electrones libres tengan espines opuestos.
Los puntos cuánticos son moléculas artificiales especiales de tamaños variables según la función, que contienen desde unos pocos átomos hasta cantidades elevadas de ellos, y que interactúan de maneras únicas con la luz y los campos magnéticos.
Zutic, Petukhov y Oszwaldowski describen un escenario teórico en el que hay un punto cuántico que contiene dos electrones libres con espines opuestos, junto con átomos de manganeso fijos en lugares precisos en el punto cuántico.
Los electrones libres del punto cuántico actúan como "mensajeros magnéticos", usando sus propios espines para alinear los espines de los átomos cercanos de manganeso.
Bajo estas circunstancias, uno podría pensar que cada electrón libre ejerce la misma influencia sobre los espines de los átomos de manganeso, de modo que ninguno puede "derrotar" a los otros.
Sin embargo, a través de cálculos complejos, Oszwaldowski, Zutic y Petukhov muestran que los dos electrones libres del punto cuántico en realidad influyen en los espines del manganeso de forma diferente.
Eso se debe a que mientras que un electrón libre tiende a permanecer en el centro del punto cuántico, el otro tiende a ubicarse más lejos, hacia los bordes. Como resultado, los átomos de manganeso ubicados en partes diferentes del punto cuántico reciben mensajes diferentes sobre cómo alinear sus espines.
El electrón libre que interactúe más intensamente con los átomos de manganeso es el que "gana", alineando más espines y haciendo que el punto cuántico, en su conjunto, sea magnético.
Esta predicción, de ser comprobada, podría alterar por completo las nociones básicas que tenemos sobre las interacciones magnéticas.

Energía solar, nanotecnología y un combustible químico limpio


Una hora de luz solar en la Tierra equivale a la cantidad de energía usada en todo el mundo en un año entero. (Foto: NCYT/MMA)


Ya hay resultados preliminares prometedores de un proyecto de investigación y desarrollo encaminado a usar la inmensa energía del Sol para producir un combustible químico limpio, mediante la nanotecnología.
Un equipo de científicos de las universidades de York, Manchester, East Anglia y Nottingham, todas en el Reino Unido, ha encontrado un procedimiento económicamente alentador para producir hidrógeno a partir del agua. Un uso futuro y revolucionario de esta tecnología podría ser la fabricación del combustible para los automóviles energizados por hidrógeno en vez de por combustibles fósiles.
El equipo de Wendy Flavell, Robin Perutz y muchos otros, busca ahora usar la misma tecnología para crear alternativas a otros combustibles y materias primas, incluyendo la conversión del metano en metanol líquido y la del dióxido de carbono en monóxido de carbono.
El potencial del Sol es inmenso. Una hora de luz solar en la Tierra equivale a la cantidad de energía usada en todo el mundo en un año entero. Los paneles solares son el modo más común de aprovechar parte de esta energía solar. En cambio, se ha investigado poco en la otra forma evidente de aprovechamiento, la elaboración de combustibles.
Los paneles solares destinados a producir electricidad a usar en el mismo edificio o para enviar a una red de suministro eléctrico sólo hacen su trabajo en presencia de luz solar, y las baterías que se recargan con electricidad sobrante de los paneles no pueden almacenar suficiente energía como para conseguir un pleno abastecimiento durante las noches y en el invierno.
El objetivo del equipo de Flavell es aprovechar la energía solar para elaborar un combustible utilizando una nanotecnología que imita a la fotosíntesis, el proceso que usan los vegetales para fabricar almidón valiéndose de la energía del Sol. El combustible así obtenido, se podría almacenar para usarlo cuando fuese necesario.
Para crear el combustible solar, la luz del Sol debe ser empleada en la elaboración de materiales utilizables. El equipo de investigadores dirigido por la profesora Wendy Flavell, de la Universidad de Manchester, trabaja para crear un nanodispositivo solar empleando puntos cuánticos, definibles como átomos artificiales, en este caso de materiales aptos para la absorción de la luz solar y su conversión en electricidad.
Cuando la luz es absorbida y se genera electricidad, ésta se usa, junto con moléculas catalizadoras emplazadas en la superficie de los puntos cuánticos, para elaborar el combustible, por ejemplo hidrógeno si la materia prima es agua.

El genoma de la patata ya está secuenciado


Una patata. (Foto: NCYT/JMC)


Se ha terminado de secuenciar el genoma de la patata o papa en un estudio internacional. Esta nueva información sobre la composición genética de la patata acelerará el proceso para desarrollar nuevas variedades, un proceso que tradicionalmente consume mucho tiempo.
Los científicos están convencidos de que esto mejorará la cantidad y calidad de la producción de patata, así como su valor nutricional y su resistencia a enfermedades y ataques de insectos.
El aumento de productividad es de especial importancia para los países en vías de desarrollo, donde el consumo de la patata está en expansión, y donde, en estos momentos, se cosecha más de la mitad de la patata que se consume en el mundo.
Su cultivo relativamente fácil y su alto contenido energético la han convertido en una cosecha valiosa para millones de agricultores en esas zonas del mundo.
Y puede que la patata aún sea más valiosa en el futuro, ya que, si se cumplen las previsiones, en el año 2050 habrá nueve mil millones de bocas humanas que alimentar.
La patata es un miembro de la familia de las solanáceas, que también incluye al tomate, el pimiento y la berenjena.
En el equipo de investigación han trabajado, entre otros, Glenn Bryan del Instituto James Hutton, quien dirigió la sección británica del proyecto, y Gerard Bishop del Departamento de Ciencias Biológicas del Imperial College de Londres.