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Estación 2: El nano cosmos Palabras claves: Mecánica cuántica, fotónica, spin, cristales, semiconductores
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Estación 2: El nano cosmos
Palabras claves:
Mecánica cuántica, fotónica, spin, cristales, semiconductores
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Estación 2: El nano cosmos
Tabla de contenidos
1. El nano cosmos 2. Todo está vacío 3. Calculando con el giro 4. Súper conductores a la medida 5. Acero súper enfriado con propiedades interesantes 6. Cristal fotónico 7. Membranas de oro 8. Fotónica y óptica cuántica Información adicional
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Estación 2: El nano cosmos
Preguntas motivadoras
Luego de leer el material de esta estación, usted será introducido en el mundo de la ciencia que entre otras, se hace las siguientes preguntas: ¿Cómo podemos influir sistemáticamente en los
materiales? ¿Podemos construir computadoras que funcionen con
luz? ¿Qué leyes gobiernan el mundo cuántico?
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Estación 2: El nano cosmos
El nano cosmos está proporcionando los cimientos físicos, químicos y de las ciencias de los materiales para construir productos de mejor calidad, más compactos y de menor costo en el futuro. Allí es donde nacen las aplicaciones técnicas, desde las micromáquinas y los convertidores catalíticos ideales hasta los polímeros semiconductores para la óptica y la electrónica. El desarrollo direccionado de catalizadores específicos permite el diseño molecular de polímeros a la medida.
1. El nano cosmos
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El estudio de materiales y su fabricación hace tiempo alcanzó el nivel atómico. Por tanto, se necesita nuevos métodos de investigación y síntesis. Los investigadores de la Sociedad Max Planck están descomponiendo temporalmente los procesos químicos y las interacciones fundamentales entre átomos individuales. Están estudiando sus propiedades magnéticas, eléctricas y ópticas mediante nuevos procedimientos de microscopía y con luz de sincrotrones.
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El diámetro del núcleo de un átomo es aproximadamente una diez milésima del tamaño de un átomo. Si nos imaginamos que un átomo es una esfera de un metro de diámetro, entonces el núcleo del átomo sería sólo un punto de una décima de milímetro de diámetro. Aquí es donde se encuentra localizada la carga positiva del átomo, que neutraliza la carga negativa de los electrones. Aquí es también donde se encuentra la masa, ya que sólo 0,1 por ciento de la masa de cualquier elemento se puede asignar a los electrones.
2. Todo está vacío
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Si estuviésemos hechos sólo de átomos sin núcleo, pesaríamos aproximadamente 70 gramos. En otras palabras, estamos hechos principalmente de espacio vacío. Si pudiésemos imaginarnos que estamos mirando desde un núcleo atómico representado por el planeta Tierra hacia el espacio atómico, la sensación de vacío sería como mirar hacia el cielo nocturno.
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Hasta ahora, el momento angular mecánico - cuántico, es decir, el giro o "spín del electrón", no desempeñaba ningún papel en los chips de computadora, pero esto cambiará en las computadoras del futuro: la "spintrónica" permitirá almacenar datos gracias a la manipulación del spín. Cuando se tiene el número correcto de electrones y el campo magnético correspondiente, se puede medir el spín mediante la resistencia (código de colores en la imagen).es posible medir el spin el cual puede tomar un valor lógico correspondiente.
3. Calculando con el giro (spin)
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No es problema en el nano espacio. En este mundo, disminuye la fuerza de la gravedad. A medida que disminuye el radio de una esfera, el volumen (proporcionalmente a r3) disminuye más rápidamente que la superficie (proporcionalmente a r 2). Por consiguiente, en el nano mundo, los objetos tienen una gran área superficial pero poco volumen y masa. Puesto que las cargas eléctricas tienden a acumularse en la superficie, las fuerzas electrostáticas súbitamente empiezan a desempeñar un rol mucho más importante que la gravedad.
¿Caminar por las paredes?
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Esta cerámica fabricada con óxido de itrio-bario-cobre produce dos modificaciones, cada una con un contenido de oxígeno diferente. Ambas aparecen en este corte delgado pero solo los cristales de color azul oscuro de fase ortorómbica son súperconductores.
4. Súper conductores a la medida
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Si tomamos acero fundido y lo enfriamos mediante ciertos artilugios técnicos, justo por debajo de su punto de fusión, es posible endurecer este material derretido súper enfriado en un instante. Así se obtiene, por ejemplo, esferas de acero extremadamente duras y estables.
5. Acero súper enfriado con propiedades interesantes
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Los cristales fotónicos son a los fotones lo que los semiconductores son a los electrones. Algún día se espera fabricar transistores y microprocesadores lumínicos utilizando mallas traslúcidas de silicio.
Actualmente, la investigación en este campo crece explosivamente. Se están conjugando las propiedades de los semiconductores y cristales para la fabricación de minúsculos microprocesadores láser.
6. Cristal fotónico
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Minúsculos nanotubos de oro sobre una membrana: una máscara ideal para hacer recubrimientos.
Por ejemplo, a través de los orificios, se puede organizar materiales ferromagnéticos siguiendo patrones regulares sobre un portador, lo que forma parte de la investigación para lograr mejores dispositivos de almacenamiento de datos.
7. Membranas de oro
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Una de las principales tareas de la ciencia moderna consiste en ejercer una influencia selectiva en los estados y movimientos de la materia microscópica.
La luz bajo control preciso constituye un instrumento excepcional para realizar esta tarea. Mediante iniciativas de colaboración nacional e internacional los científicos de la Sociedad Max Planck están desarrollando fuentes ultramodernas de luz coherente y trabajando en las tecnologías ópticas más modernas para entender a profundidad las estructuras microscópicas y los procesos de la materia.
8. Fotónica y óptica cuántica
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También están haciendo posible medir con precisión las propiedades de la materia y controlar sus movimientos. Las implicaciones van desde la aplicación de los efectos cuánticos (tecnología cuántica de la información y gases cuánticos) hasta las pruebas exactas de las teorías de lo muy pequeño (el microcosmos) y lo muy grande (el universo) y el seguimiento en tiempo real de los proceso que se desarrollan dentro de los átomos, moléculas y materia biológica con una resolución de attosegundos.
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Gases de electrones en los semi-conductores
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Información adicional
http://www.sciencetunnel.com http://www.sciencetunnel2.de/?page_id=1286&lang=es
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