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11 August 2000 Science vol. 249 930
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Upper - Conventional granular continuous magnetic thin film media: each bit is a
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La Nanopartícula Teranóstica
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Molecular Pharmaceutics 2010
Nanopartícula multifuncional anclada a la membrana de una célula cancerígena a través de un ligando
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Thickness	
  =	
  6.9	
  nm
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R	
  vs	
  T
Tc	
  =	
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En colaboración con H. Van der Zant
(TU Delft)
Frindt, R. F., PRL, 1972, 28, 5
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E. Navarro-Moratalla, H. Van der Zant, EC et al. Nature Comm., en prensa
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Lo pequeño no sólo es bello…
… también puede ser útil
Lugar de encuentro
de físicos, químicos, biólogos
Nanociencia molecular
…. y amigos
• Nano = Money
• Time = Money
COURSE OF BUSINESS MANAGEMENT
• Knowledge = Power
THERMODYNAMICS
• Power = Work / Time
AFTER SOME COMPLEX ALGEBRA
• Money = Work / Knowledge
INFORME TÉCNICO SOBRE EL CONCIERTO
MUSICAL del 14 de Noviembre de 1989
• Item 3. “Sinfonía Inacabada” de Schubert (sinfonia Nº 8).
• Los 12 violines tocan notas idénticas. Por tanto, el personal de esta sección se
debería de reducir considerablemente. Si un volumen elevado de sonido es
realmente necesario, esto se podría conseguir con un amplificador electrónico.
• No parece útil repetir con los instrumentos de viento las partes que ya han sido
tocadas por los instrumentos de cuerda. Si estas partes redundantes se eliminan,
el concierto se podría reducir de 2 horas a 20 minutos.
• Finalmente, se debe notar que si Schubert hubiera tenido en cuenta
todas estas consideraciones, seguro que habría terminado su sinfonía.
• Durante largos periodos de tiempo los 4 oboes no tienen nada que hacer. Una
parte de estos músicos se debería de eliminar y su trabajo se debería de redistribuir
entre toda la orquesta, eliminando así picos de actividad.
• Se gasta mucho esfuerzo en tocar las semi-corcheas. Esto parece un
refinamiento excesivo y se recomienda que todas las notas se redondeen a la
siguiente semi-corchea. De este modo sería posible utilizar personal menos
especializado.
En investigación como en música,
la burocracia desmedida tiene
como efecto destruir la creatividad
imaginativa.
Si la valoramos como se merece,
esta actividad debería de quedar
fuera de excesos burocráticos.

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  • 1. Eugenio Coronado Un universo en miniatura: Los desafíos de la Nanociencia Molecular
  • 4. NANOCIENCIA Y NANOTECLOLOGÍA La revolución de lo “pequeño” El nanómetro 1 m = 109 nm = 1000.000.000 nm
  • 6. NANOCIENCIA Y NANOTECLOLOGÍA • Por qué? • Cómo? Control, manipulaciControl, manipulacióón y estudio de la materian y estudio de la materia a escalaa escala nanomnanoméétricatrica
  • 8. La copa de Licurgo NanopartNanopartíículasculas dede oro y plataoro y plata DiametroDiametro 60-7060-70 nmnm Siglo IV antes de Cristo,Siglo IV antes de Cristo, British MuseumBritish Museum Copa de Licurgo El color cambia de verde (luz reflejada) a rojo (luz transmitida) En nanociencia el tamaño importa Por quPor quéé??
  • 9. Imanes: De macro a nano [Mn12O12(O2CR3)16(H2O)4] 17Å 1.7 nm Mn12
  • 10. Imanes: De macro a nano [Mn12O12(O2CR3)16(H2O)4] 17Å 1.7 nm Mn12 -1 0 1 -1 0 1 M/MS µ 0 H(T) 1K 0.1K 0.7K
  • 11. Imanes: De macro a nano [Mn12O12(O2CR3)16(H2O)4] 17Å 1.7 nm Mn12 -1 0 1 -1 0 1 M/MS µ 0 H(T) 1K 0.1K 0.7K
  • 12. QUANTUM TUNNELLING Mundo clásico Mundo cuántico DS2 MS= 10 MS= -10 MS= 0
  • 13. Imanes: de bits a qubits Mn12 [HoIII(POM)2] S. Hill, EC et al. Nature, en prensa
  • 14. H = ak rk ckq Ak q Ok q c( )+ Bk q Ok q s( )⎡ ⎣ ⎤ ⎦ q=0 k ∑ k=2,4,6 ∑ = ak rk ckq Ak q −1( ) q 2 Ok q + −1( ) q Ok −q ( )+ Bk q −1( ) q 2i Ok q − −1( ) q Ok −q ( ) ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥q=0 k ∑ k=2,4,6 ∑ = ak rk ckq Ak q ck,q 2 Tq k( ) + −1( ) q T−q k( )⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ + Bk q ck,q 2i Tq k( ) − −1( ) q T−q k( )⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥q=0 k ∑ k=2,4,6 ∑ Nk,q = −1( ) k−q −1( ) k 2k/2 k + q( )! k − q( )! 2k( )! ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ 1 21 2 ck,q = α Nk,q Fk,q = ak rk ckq rk 4π 2k +1 Ak q ck,q 2 Yq k( ) + −1( ) q Y−q k( )⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ + Bk q ck,q 2i Yq k( ) − −1( ) q Y−q k( )⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥q=0 k ∑ k=2,4,6 ∑ ck,q = α Nk,q Fk,q Nk,q = −1( ) 2k−q 2K k! k + q( )! k − q( )! ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ 1 21 2 = ak rk ckq rk Ak q ck,q 2 Cq k( ) + −1( ) q C−q k( )⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ + Bk q ck,q 2i Cq k( ) − −1( ) q C−q k( )⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥q=0 k ∑ k=2,4,6 ∑ ck,q = α Nk,q Fk,q Nk,q = −1( ) 2k−q k! 2J − k( )! 2J + k +1( )! ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ 1 2 k + q( )! k − q( )! ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ 1 2
  • 15.
  • 16.
  • 19. Nanoestructuras en la naturaleza Ópalos Ópalos artificiales : cristales fotónicos Nature 386, 143 (1997))
  • 20. El toro micrométrico de Kawata, del tamaño de los glóbulos rojos, ha sido obtenido mediante fotopolimerización de una resina (Nature 2001). Aproximación descendente (top-down) MINIATURIZACION de OBJETOS APROXIMACIÓN DESCENDENTE: Nanolitografía
  • 21. APROXIMACIÓN ASCENDENTE EN FÍSICA. Manipulación de átomos y moléculas: ver y mover CÁMARA DE ULTRA-ALTO VACIO MICROSCOPIO DE EFECTO TÚNEL
  • 22. 324 m 0.1 mm Microscopio de Efecto túnel (STM)
  • 24. Cu (111) 20-12-02 10 nm 70 K Cu(111)Cu(111) Ver átomos
  • 25. Escribir con átomos (IBM 1990)
  • 26. Nano molecular APROXIMACIÓN ASCENDENTE EN QUÍMICA: Autoensamblado de átomos y moléculas Nº estrellas en la vía láctea ≈ 1011 Nº moléculas en un matraz ≈ 1023
  • 27. Adenina Citosina Timina Guanina LA QUÍMICA Y LA VIDA SE BASAN EN EL RECONOCIMIENTO MOLECULAR APROXIMACIÓN ASCENDENTE EN QUÍMICA: Autoensamblado de átomos y moléculas
  • 28. J. P. Sauvage D. J. Williams APROXIMACIÓN ASCENDENTE EN QUÍMICA: Autoensamblado de átomos y moléculas
  • 29. Moléculas y arte “Donde la Naturaleza termina de producir sus especies, el hombre empieza a crear con las cosas naturales, y con ayuda de esa Naturaleza, un número infinito de especies” Leonardo da Vinci El químico: arquitecto de la materia
  • 30. NanocienciaNanociencia MolecularMolecular • Diseño de moléculas funcionales / nano-objetos moleculares • Organización molecular: Auto-ensamblado y auto-organización. Moléculas en superficies. Materiales (Supra)Moleculares • Propiedades / modelización en moléculas individuales • Aplicaciones (en electrónica molecular / espintrónica, sensores, catálisis, medicina, ….) Instituto de Ciencia Molecular
  • 32. QuQuéé tipo de sistemas qutipo de sistemas quíímicos?micos? MOLÉCULAS NANOESTRUCTURAS MATERIALES
  • 34. •Nanopartículas Magnéticas • Materiales 2D NanocienciaNanociencia MolecularMolecular
  • 36. Química dentro de la apo-ferritina Apoferritina MII MII-Apoferritina M0-Apoferritina NaBH4 12 nm 8 nm Magnetic bio-nanoparticles Ferritina como nanoreactor Nanopartículas metálicas solubles en agua 1) Diseño
  • 37. 2) Organización Nanolitografía de oxidación local (con Microscopía de Fuerzas Atómicas, AFM ) pH = 3 R. García, EC et al. Adv. Mat. 22, 588 (2010) pH = 7 pH = 4.5 + -
  • 38. Nanopartículas (15-20 nm) de [NiCr(CN)6]- EC, A. Forment-Aliaga, E. Pinilla-Cienfuegos, et al., Adv. Func. Mat. 22, 3625 (2012) 2) Organización
  • 39. PRECISIÓN 1 NP por punto 2) Organización
  • 40. Leer y manipular el spin (con microscopía de fuerza magnética, MFM) 3) Propiedades E. Pinilla-Cienfuegos, S. Mañas, A. Forment-Aliaga, EC., ACS Nano, en prensa
  • 41. Inversión de la magnetización3) Propiedades Invertir el spin
  • 44. 11 August 2000 Science vol. 249 930 10 nm Memoria con 4 estados: c = ± 1 (circulación de los spines en el plano) p = ± 1 (polaridad del core)
  • 45. Upper - Conventional granular continuous magnetic thin film media: each bit is a collection of large number of random decoupled grains; in plane anisotropy Lower - Patterned media: each bit is a single domain nanomagnet (one grain or a number of strongly exchange coupled grains) with large uniaxial anisotropy (left: in plane anisotropy; right: perpendicular anisotropy) Aplicaciones: Memorias Magnéticas4) Aplicaciones : Memorias Magnéticas
  • 46. La Nanopartícula Teranóstica (Terapia + diagnóstico) Brian D. Ross Molecular Pharmaceutics 2010 Nanopartícula multifuncional anclada a la membrana de una célula cancerígena a través de un ligando que se une específicamente a un receptor específico de la célula tumoral. La nanopartícula contiene un agente de imagen (esferas azules) y uno terapéutico (estructuras amarillas). Nanopartículas inteligentes 4) Aplicaciones : Medicina
  • 48. NanocienciaNanociencia MolecularMolecular • Materiales 2D Monocapa Heteroestructura/ Híbrido Dispositivo
  • 49. Nano-reactores moleculares: NanotubosNanoestructuras de carbono 100 veces más resistente que el acero y Mucho más ligero Flexible Semiconductor / conductor Nanotubos de carbono Grafeno
  • 50. Las propiedades de la materia cambian con la dimensionalidad Schrödinger Dirac
  • 51.
  • 52. MX2 (Dicalcogenuros de los metales de transición) M = Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W…; X = S, Se, Te Aislantes, semiconductores, conductores, superconductores
  • 54. Ginzburg, V. L., Physics Letters 13 (1964) “for pioneering contributions to the theory of superconductors and superfluids” (2003).
  • 55. Exfoliación del cristal (Scotch tape) Capas atómicas de TaS2
  • 56. Observación con microscopio óptico y AFM Capas atómicas de TaS2
  • 57. Propiedades: Medidas de transporte Thickness  =  6.9  nm ~12  layers R  vs  T Tc  =  1.4K En colaboración con H. Van der Zant (TU Delft)
  • 58. Frindt, R. F., PRL, 1972, 28, 5 nm NbSe2 TaS2 Propiedades: Medidas de transporte E. Navarro-Moratalla, H. Van der Zant, EC et al. Nature Comm., en prensa
  • 59. E. Pinilla, E. Navarro-Moratalla, EC et al. J. Mater. Chem. C 1, 7692 (2013) Heteroestructuras híbridas. Diseño • Heteroestructura horizontal
  • 60. E. Pinilla, E. Navarro-Moratalla et al. J. Mater. Chem. C 1, 7692 (2013) Heteroestructuras híbridas. Diseño
  • 61. TaS2 TaOx E. Pinilla, E. Navarro-Moratalla et al. J. Mater. Chem. C 1, 7692 (2013) Heteroestructuras híbridas. Propiedades
  • 62. Aplicación : Single-Electron Transistor E. Pinilla, E. Navarro-Moratalla et al. J. Mater. Chem. C 1, 7692 (2013)
  • 63. Lo pequeño no sólo es bello… … también puede ser útil
  • 64. Lugar de encuentro de físicos, químicos, biólogos Nanociencia molecular …. y amigos
  • 66. • Time = Money COURSE OF BUSINESS MANAGEMENT • Knowledge = Power THERMODYNAMICS • Power = Work / Time AFTER SOME COMPLEX ALGEBRA • Money = Work / Knowledge
  • 67.
  • 68. INFORME TÉCNICO SOBRE EL CONCIERTO MUSICAL del 14 de Noviembre de 1989 • Item 3. “Sinfonía Inacabada” de Schubert (sinfonia Nº 8). • Los 12 violines tocan notas idénticas. Por tanto, el personal de esta sección se debería de reducir considerablemente. Si un volumen elevado de sonido es realmente necesario, esto se podría conseguir con un amplificador electrónico. • No parece útil repetir con los instrumentos de viento las partes que ya han sido tocadas por los instrumentos de cuerda. Si estas partes redundantes se eliminan, el concierto se podría reducir de 2 horas a 20 minutos. • Finalmente, se debe notar que si Schubert hubiera tenido en cuenta todas estas consideraciones, seguro que habría terminado su sinfonía. • Durante largos periodos de tiempo los 4 oboes no tienen nada que hacer. Una parte de estos músicos se debería de eliminar y su trabajo se debería de redistribuir entre toda la orquesta, eliminando así picos de actividad. • Se gasta mucho esfuerzo en tocar las semi-corcheas. Esto parece un refinamiento excesivo y se recomienda que todas las notas se redondeen a la siguiente semi-corchea. De este modo sería posible utilizar personal menos especializado.
  • 69. En investigación como en música, la burocracia desmedida tiene como efecto destruir la creatividad imaginativa. Si la valoramos como se merece, esta actividad debería de quedar fuera de excesos burocráticos.