PRESENTACIÓN

1. NANO ELECTRONICA

2. A los dispositivos nanoelectrónicos se les considera una tecnología disruptiva
ya que los ejemplos actuales son sustancialmente diferentes que los
transistores tradicionales. Entre ellos, cabe destacar la electrónica de
semiconductores de moléculas híbridas, nanotubos / nanohilos de una
dimensión o la electrónica molecular avanzada.
El sub-voltaje y la nanoelectrónica de sub-voltaje profundo son campos
específicos e importantes de I+D, y la aparición de nuevos circuitos integrados
operando a un nivel de consumo energético por procesamiento de un bit
próximo al teórico (fundamental, tecnológico, diseño metodológico,
arquitectónico, algorítmico) es inevitable. Una aplicación de importancia que
pueda beneficiarse finalmente de esta tecnología, en lo referente a
operaciones lógicas, es la computación reversible

3. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula,
presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por
lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear
materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos
con propiedades únicas.
La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación,
síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos
y sistemas funcionales a través del control de la materia a
nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades
de la materia a nanoescala.

4.  Este prometedor proyecto actualmente se está llevando
a cabo en cinco países europeos, y recientemente el Dr.
Jenkins hizo públicas, durante una conferencia
celebrada en la Universidad de Leicester, Reino Unido,
diversas cuestiones sobre el progreso de la labor de
investigación y desarrollo.
Un innovador vendaje que incorpora elementos bionanotecnológicos
es capaz de vigilar la evolución de una herida y emprender por su
cuenta algunas acciones.
En condiciones normales, este singular vendaje se limita a
monitorizar la herida o quemadura, a fin de detectar la proliferación
indeseada de bacterias.
Si surge una infección, el vendaje libera automáticamente un agente
antimicrobiano.
Si esta operación no puede detener la infección, entonces el vendaje
cambia su color para alertar al paciente o al personal sanitario.
Cuando esté plenamente operativo y aprobado para su uso médico,
este vendaje ayudará a combatir las infecciones en heridas y
quemaduras, gracias a su actuación inmediata cuando surja una, y
también a su señal de alerta temprana cuando no consiga
controlarla.
El problema de la infección de heridas, especialmente con la
evolución de bacterias resistentes a los antibióticos, como la
Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA, por sus siglas
en inglés), es bien conocido por mucha gente, pero no así el hecho
de que las infecciones de heridas son la causa específica de muerte
de la mitad de todas las personas que fallecen a consecuencia de
quemaduras térmicas.
La tecnología que el equipo del Dr. Toby Jenkins, director del Grupo
de Investigación de Química Biofísica en la Universidad de Bath,
Reino Unido, está desarrollando, va orientada sobre todo a tratar
quemaduras en niños pequeños.

5. En experimentos recientes, se ha observado que aparecen aumentos inesperados de voltaje
de hasta un 25 por ciento en dos nanocables posicionados uno muy cerca del otro.
Los diseñadores que ahora trabajan en el desarrollo de la nueva generación de dispositivos
electrónicos como teléfonos, PDAs, baterías y hasta paneles solares de ciertas clases,
deberán tener en cuenta la aparición potencial de este fenómeno en aquellos de sus
dispositivos que utilicen nanocables en la alimentación eléctrica, y diseñarlos para evitar que
sufran problemas derivados de tal fenómeno.
Se lleva trabajando desde hace ya dos décadas en nanocables. Y, tal como advierte Mike Lilly
de los Laboratorios Nacionales de Sandia en Estados Unidos, la mayor parte de las
observaciones se han hecho sobre cables individuales o sobre grandes conjuntos.
Sin embargo, la integración de nanocables en circuitos implica colocarlos de una manera
distinta a esas dos modalidades. Por tanto, es necesario estudiar cómo se comportan los
nanocables agrupados del modo que será el típico de muchos circuitos.
En los nuevos experimentos, se trabajó con nanocables separados verticalmente por sólo 15
nanómetros, aproximadamente la distancia que se espera sea la requerida en los
dispositivos de la próxima generación.
Los nanocables, por ser tan estrechos, limitan el flujo de los electrones mucho más de lo que
lo hacen los cables convencionales, hasta el punto de que la corriente eléctrica circula de un
modo distinto a como lo haría en un cable de grosor cotidiano. Esta característica de la
nanoelectrónica, a su vez, magnifica un efecto que en la microelectrónica es tan débil que
resulta irrelevante. Descrito de manera sencilla, este efecto, cuando opera a distancias
manométricas, hace que los electrones en un cable puedan "sentir" a los electrones
individuales que se mueven en otro lugar cercano, y eso lleva a las citadas alteraciones de
voltaje.

6.  Sin embargo, el mencionado equipo de investigadores de la
Universidad de Harvard realizó experimentos dirigidos a demostrar que
la fase de la luz y la dirección de su propagación pueden cambiar de un
modo espectacular mediante el uso de estructuras de un nuevo tipo,
concretamente metamateriales que en este caso están basados en un
conjunto de nanoantenas dispuestas en una configuración especial.
El equipo de la Universidad Purdue ha llevado el trabajo un paso más
allá, creando conjuntos de nanoantenas y cambiando la fase y la
dirección de la propagación de la luz en una franja amplia de la banda
del infrarrojo cercano.
En este nuevo trabajo también han participado Xingjie Ni, Naresh K.
Emani, Alexander V. Kildishev, y Alexandra Boltasseva.
Se ha demostrado que ciertos conjuntos de diminutas
nanoantenas plasmónicas pueden manipular la luz con
alta precisión y de maneras, hasta ahora inasumibles, que
podrían hacer factibles muchas clases de innovaciones
ópticas, como por ejemplo microscopios con mayor
poder escrutador, telecomunicaciones más eficaces, y
ordenadores más potentes.
Los investigadores que han logrado este hito se han
valido de nanoantenas para cambiar de modo abrupto
una propiedad de la luz: La fase. La luz es transmitida
como ondas, no muy diferentes en concepto a las olas.
Una ola tiene puntos altos y bajos. La fase define estos
puntos altos y bajos en la luz.
El nuevo trabajo, a cargo del equipo de Vladimir Shalaev,
director científico de nanofotónica en el Centro Birck de
Nanotecnología de la Universidad Purdue, en Estados
Unidos, amplía los resultados obtenidos por un grupo de
investigadores dirigido por el físico Federico Capasso de
la Universidad de Harvard. En ese trabajo, el equipo de
Capasso modificó la ley de Snell, una fórmula aceptada
desde hace mucho tiempo y que describe cómo la luz se
refleja y refracta, o se curva, mientras pasa de un
material a otro.
Hasta ahora, de la ley de Snell se deducía que cuando la
luz pasa de un material a otro no se produce ningún
cambio de fase abrupto a lo largo de la superficie de
contacto entre los materiales.

7. Para el ámbito de la física, el desarrollo de este cable y su comportamiento
demuestran que la Ley de Ohm, que establece la relación entre la corriente
eléctrica, la resistencia y el voltaje, sigue siendo válida en tamaños
progresivamente más pequeños hasta incluir también un cable de dimensiones
atómicas.
En el desarrollo del cable han trabajado, entre otros, Michelle Simmons
(directora del Centro de Excelencia para la Computación Cuántica de la
Universidad de Nueva Gales del Sur), Bent Weber (de la misma universidad),
Gerhard Klimeck (profesor en la Universidad Purdue y director de la Red para la
Nanotecnología Computacional), y Hoon Ryu (ahora en el Centro de
Supercomputación del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología).
La miniaturización de los cables eléctricos ha alcanzado una cota que hasta
hace no muchos años era exclusiva de la ciencia-ficción. En un nuevo y
asombroso avance, se ha conseguido crear un cable tan delgado que hay que
medirlo por átomos: mide 4 átomos de ancho y 1 de alto. Se trata del cable
con silicio más minúsculo fabricado hasta la fecha. Y es 20 veces más delgado
que los cables de cobre más pequeños disponibles ahora en los
microprocesadores.
El cable ha sido fabricado mediante la estrategia de ubicar con la debida
precisión cadenas de átomos de fósforo dentro de un cristal de silicio.
Se ha demostrado que este singular cable tiene la misma capacidad de
conducir la corriente eléctrica que los cables de cobre. A pesar de su diámetro
increíblemente diminuto (10.000 veces más fino que un cabello humano), los
cables de esta clase tienen propiedades eléctricas excepcionalmente buenas,
lo que hace suponer que servirán para conectar componentes de tamaño
atómico en las computadoras cuánticas del mañana.
La hazaña tecnológica es obra de un equipo encabezado por investigadores
de la Universidad de Nueva Gales del Sur, la de Melbourne, y la de Purdue,
las dos primeras en Australia y la tercera en Estados Unidos.
El desarrollo de este cable podría proporcionar a los ingenieros electrónicos
una hoja de ruta para el desarrollo definitivo de los primeros dispositivos
computacionales de dimensiones nanométricas, cuyos tamaños estarían al
final de lo determinado por la Ley de Moore. La teoría muestra que una sola
fila densa de átomos de fósforo insertados en silicio marcará el límite
definitivo de la miniaturización en la electrónica.

8. Los datos son escritos y leídos en la unidad
nanométrica de almacenamiento con la ayuda
de un microscopio de Efecto Túnel. Los pares
de filas de átomos tienen dos posibles
estados magnéticos, representando los dos
valores, 0 y 1, de un bit clásico. Un pulso
eléctrico de la punta del microscopio de
Efecto Túnel invierte la configuración
magnética. Un pulso más débil permite leer la
configuración, aunque actualmente el
"cabezal" de lectura sólo es estable a una
temperatura muy fría: 268 grados centígrados
bajo cero.
Se ha conseguido construir la unidad de
almacenamiento magnético de datos más
pequeña del mundo. Usa sólo 12 átomos por
bit, la unidad básica de la información digital,
y almacena un byte completo (de 8 bits)
dentro de una cantidad ínfima de materia: tan
sólo 96 átomos. En comparación, una unidad
de disco duro moderna necesita más de 500
millones de átomos por byte.
La proeza tecnológica es obra de un equipo de
científicos de IBM y el Centro Alemán para la
Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL)
Esta singular unidad de almacenamiento de
datos se construyó átomo por átomo con la
ayuda de un microscopio de Efecto Túnel en
el Centro de Investigación de Almaden de
IBM, en San José, California.
El equipo de Sebastian Loth del CFEL y
Andreas Heinrich de IBM construyó los
patrones regulares de átomos de hierro,
alineándolos en filas de seis átomos cada una.
Dos filas son suficientes para almacenar un
bit. Un byte, a su vez, consta de ocho pares de
filas de átomos. Usa sólo un área de 4 por 16
nanómetros. Esto corresponde a una
densidad de almacenamiento que es cien
veces superior a la de una unidad de disco
duro moderna.

9. Unos científicos han usado dos moléculas como antenas y han
conseguido transmitir señales en forma de fotones
individuales, desde una a la otra.
Una conexión de radio establecida mediante fotones
individuales sería ideal para diversas aplicaciones de
comunicación cuántica, como por ejemplo en la criptografía
cuántica o en una computadora cuántica.
Las partículas individuales de luz son el medio elegido para
transmitir bits cuánticos. En el futuro, estas unidades de
información cuántica podrían sustituir en muchas aplicaciones
a los bits convencionales si la computación cuántica logra
despegar.
En los experimentos realizados en el Instituto Federal Suizo de
Tecnología, en Zúrich, el equipo de Vahid Sandoghdar, director
del Departamento de Nano óptica en el Instituto Max Planck
para la Ciencia de la Luz en Alemania, y Stephan Goetzinger,
profesor en la Universidad de Erlangen, Alemania, usó como
antenas dos moléculas del compuesto conocido como DBATT
(por las siglas del inglés "dibenzanthanthrene").
Puesto que un fotón solo no acostumbra a interactuar mucho
con una molécula, los físicos tuvieron que usar ciertos
"trucos" en sus experimentos, a fin de conseguir que la
molécula receptora registrara la señal luminosa. Se valieron de
dos capas dopadas con moléculas de tinte, separadas por
varios metros y conectadas por un cable de fibra óptica. Y se
trabajó con muestras enfriadas hasta 272 grados centígrados
bajo cero, es decir, casi hasta el Cero Absoluto
(aproximadamente 273,15 grados centígrados bajo cero).
El resultado ha sido la transmisión de fotones individuales
entre las dos antenas más pequeñas del mundo.

10. En el transformador de tamaño nanométrico, los electrones que se mueven en una
capa metálica arrastran a los electrones de una segunda capa metálica usando sus
campos eléctricos locales. Para trabajar con este fenómeno, las capas metálicas
necesitan estar aisladas eléctricamente unas de otras, pero separadas por no más de
algunas distancias interatómicas.
Estas nuevas estructuras hechas a base de capas con el grosor de un átomo podrían
algún día establecer los fundamentos para una nueva gama de dispositivos
electrónicos y fotónicos complejos que no podrían fabricarse con ningún otro
material existente, lo que incluye varias nuevas arquitecturas para transistores y
detectores.
El nano transformador fue ensamblado por Roman Gorbachev, de la Universidad de
Manchester.
Aparte del grafeno, hay muchos materiales potencialmente utilizables en forma de
láminas con el grosor de un átomo. Combinándolos, es posible crear nuevos
materiales que no existen en la naturaleza. "Este camino promete volverse mucho
más emocionante que el propio grafeno", valora Geim.
Se ha logrado ensamblar capas atómicas
individuales unas sobre otras en la sucesión
deseada, de tal modo que la estructura
nanométrica resultante funciona como un
transformador eléctrico.
El equipo de Leonid Ponomarenko y Andre Geim
(galardonado con un Premio Nobel), en la
Universidad de Manchester en el Reino Unido, usó
cristales individuales de un átomo de espesor para
construir la estructura multicapa.
Los científicos usaron el grafeno como un plano
conductor de un átomo de espesor, mientras que
bastaron cuatro capas atómicas de nitruro de boro
para lograr un aislante eléctrico.
El grafeno, aislado por primera vez en la
Universidad de Manchester en el 2004, tiene
potencial para revolucionar diversas aplicaciones,
incluyendo los smartphones, la transmisión
ultrarrápida de banda ancha, la administración de
medicamentos en puntos muy precisos del cuerpo,
y chips de ordenador. Al grafeno se le considera
capaz de reemplazar a materiales comunes de la
industria electrónica como por ejemplo el silicio,
pero el equipo de Ponomarenko y Geim cree que
su utilidad será aún mayor para nuevos
dispositivos y materiales que aún no han sido
inventados.