Explorando el Nano-mundo y sus Maravillas Salvador Cruz Jiménez Departamento de Física Universidad...
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Explorando el Nano-mundo y sus Maravillas
Salvador Cruz Jiménez
Departamento de Física
Universidad Autónoma Metropolitana
Unidad Iztapalapa
De lo Macro a lo Nano
100,000 años luz
1019 m
109 m
m106 m
10-1m
10-2 m 10-3 m 10-6 m
10-9 m = 1 nanometro (nm)
10-10 m = 0.1 nm = 1 Angstrom
Virus SIDA
100 nm
El nanomundoEl nanomundo
ADN2 nm
Adenina
N
H
C
0,1 nm
Glóbulos rojos
5 m
50 mCabello humano
25 mm
Cortesía de Pedro Echenique
Mili y micromundo
Los patrones en la superficiedel CD difractan la luz visible
Reducción del tamaño de patrones de grabado y sus consecuencias
Cabello sobre CD
Procesadores Intel
Plantilla de circuitosCreación de cada transistor(Fotolitografía) Oblea de silicio con impresión
De muchos chips idénticos
El proceso de miniaturización en la industria electrónica
PELICULAS
El límite de la miniaturización a escala atómica
Ejemplo: Un CD como memoria de almacenamiento
Atomos de silicio
Si atoms on self-assembled 5 atom wide tracks consisting of 0.4 monolayer Au on a stepped Si (111) substrate store information at 250 Terabits per square inch (Franz Himpsel, http://uw.physics.wisc.edu/~himpsel/memory.html )
¡Entramos al nanomundo !
“There’s Plenty of Room at the Bottom...” Richard P. Feynman, 1959
Nanotecnología: El límite atómico
“No hay ninguna ley física que impida
manipular átomos y moléculas
individualmente, o fabricar estructuras a partir de los mismos.En principio se puede
hacer; en la práctica no se ha hecho porque somos demasiado
grandes”.
¿Por qué el tamaño sí importa?Las propiedades físicas y químicas de un material cambian fuertemente
respecto al material macroscópico cuando sus dimensiones son nanométricas.
Se trata del comportamiento de unos pocos átomos
(moléculas) en comparación con el sólido macroscópico
o bien
del comportamiento de electrones,
átomos o moléculas
Atrapados en cavidades
nanométricas.
holeelectron
Wannier exciton in nano-crystalite
7 A
100 A
Nano-confinamiento y propiedades ópticas de materiales
+
+
+
+
_
_
_ _e-
Centros-F en halogenuros
alcalinos
5 A
Se bombardea con electrones un cristalDe NaCl El cristal se colorea
Los electrones atrapados en vacancias absorben y emiten luzcomo los átomos, debido al confinamiento espacial
PELICULAS
holeelectron
Wannier exciton in nano-crystalite
Absorción y emisión de luz de Nano-partículas de CdSe
Absorción
Emisión
Absorción/Emisión
Quantum dots
100 A
PELICULA
Qdot 525, 565, 605 and 655 Streptavidin Conjugates used to label the breast cancer marker Her2 on the surface of different SK-BR-3 cells.
Kenneth Chang, "Tiny Is Beautiful: Translating 'Nano' Into Practical", The New York Times, February 22, 2005.Images courtesy of the Stained Glass Museum, Britain.
¿Es posible manipular átomos?
•La ciencia actual ha llegado al punto de la manipulación de átomos individuales, lo cual hace factible la construcción futura de arreglos más complejos con funciones específicas.
Microscopia de Fuerza Atómica
AFM UAM-Iztapalapa
Principio del Microscopio de Fuerza Atómica
Cortesía: Pedro Echenique
1nm
Cortesía: Pedro Echenique
La manipulación de átomos permite ahora construir oredenamientosatómicos específicos sobre superficies.
PELICULA
Corrales Cuánticos diseñados sobre pedido.
átomos de fierro sobre superficie de cobre
5 nm
¿Estamos usando ahora la nanotecnología?
16Gb flash memory Samsung (2009)
“…it has become the first to begin mass producing 16 gigabit (Gb) NAND flash, the highest capacity memory chip now available.
The company said it will fabricate the devices in 51 nanometers (nm),the finest process technology to be used in memory mass production to date.”
“It combines pure nano silver ion with fiber by high tech to create a new product which has functions of anti-bacteria, disinfection and deodorization. It can also release an anion and the healthy energy.”
The Agility dress is sporty and fun all in on. The hem length is above the knee with functional invisible side seam pockets, tee holder pocket on the chest, and a built-in support sport top. This design is constructed with revolutionized fabrics that repel liquids, resist wrinkles, dry fast, breathe easy, enhance circulation and is antimicrobial.
www.nanotechproject.org
PELICULA
Contains natural oils and Vitamin F, encapsulated into powerful nanoparticles
Nanospheres: Infused with free radical fighting antioxidant vitamins, penetrate deep into the skin to protect, condition and adjust to skin’s specific needs. Arbonne Intl.
“With the additive of Silver Nanoparticles, our product has been clinically proven to fight against harmful bacteria, molds and mites.”
www.nanotechproject.org
“GM introduced the first commercial automotive exterior application of nanocomposite material on the step assist of the 2002 GMC Safari and Chevrolet Astro vans.
Fullerene C60 is a naturally occurring microscopic form of carbon, of the same purity as a diamond, which was found to to have remarkable anti-oxidant properties.
“The Nanofine Zinc Oxide for Cosmetic Clarity and Broad Spectrum UV Protection.
ZinClear™ is an exceptionally transparent form of zinc oxide.
www.nanotechproject.org
Nano-materiales y
primeras nano-máquinas
Fullerenos y Nanotubos
1 nmHoja de grafito
nanotubo
Control de crecimiento Nano manipulador Nano-alambres
A.N. Fennimore et al. NATURE, 424 (2003) 408.
300 nmmodeloreal
Nanomotor basado enUn nanotubo (eje) , una placa metalica y un chip de silicio
Película STMQuicktime+fast_osc
Oscilador nano-electromecánico asistido por tensión superficial
nanotubo
Nanogotas de mercurio
Transporte atómico inducidoPor corriente en nanotubo
Regan_relaxPELICULA
Visión hacia el futuro…..lo que la Ciencia depara…..
Y el principio de los nano robots…!
El motor de una nanomáquina
PELICULA Regan_CG_movie
¿Qué nos enseña la naturaleza?
Virus SIDA
100 nm
N
H
C
Patrones de auto-organización molecular
ADN
¿Máquinas moleculares naturales?
Virus inyectando ADN en una célula ¿cómo conoce su función?
100 nm
¿Es posible manipular átomos individuales y construir máquinas molecularescon funciones específicas?
Y la visión hacia las nano máquinas…
Ad
ap
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from
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ov. 1
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9 b
y A. P
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msia
Nano máquinas y robots híbridos del futuro…..
Acoustic relayattached to an onboard computersends and receivesultrasound tocommunicatewith medical team
Sensors and manipulators detect illnesses and perform cell by cell surgery
Pumps remove toxins from the body and disperse drugs
Outer shell made of strong, chemically inert diamond
Up to 10 trillion nanorobots,each as small as 1/200th thewidth of a human hair might beinjected at once
Typical probe sizes
Width of a human hair
Cell
Cortesía: Pedro Echenique
Cortesía: Pedro Echenique
?
Un nuevo mundo
Nace la ingeniería molecular o nano-ingeniería como actividad interdisciplinaria entre Biología, Física , Química y Computación.
Las máquinas y robots moleculares pueden ser desarrollados, sólo es cuestión de tiempo.
“La cultura del siglo XXI va a ser una cultura científico-técnica: los países que no desarrollen esta cultura están condenados al subdesarrollo.”
Ginés Morata (Premio México, 2004)
Cortesía: Pedro Echenique