Usar átomos en lugar de electrones para procesar la información podría cambiar la forma en la que pensamos sobre la computación, dicen los físicos.
“El emergente campo de la atomtrónica tiene como objetivo construir analogías de los componentes, sistemas y dispositivos electrónicos, usando átomos ultrafrios”, dice Ron Pepino y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder Colorado.
Hoy, esbozan su visión de la atomtrónica, demostrando cómo funciona y explicando por qué podría dar forma al futuro del procesado de información.
La idea es manipular átomos neutros usando lásers de una forma que imite el comportamiento de los electrones en cables, transistores y puertas lógicas. A lo largo del último par de décadas, los físicos del NIST y de todas partes del mundo se han hecho maestros en crear redes ópticas en las que los átomos pueden ser empujados, arrastrados y sacudidos a voluntad.
Pero este tipo de león óptico domesticado tiene un atractivo limitado por lo que Pepino y compañía han empezado un programa para poner a trabajar a esos átomos domesticados.
El problema es que los átomos no se comportan como electrones, por lo que construir el equivalente atomtrónico de algo incluso tan sencillo como un circuito simple que consta de una batería y una resistencia en serie, requiere de algo de pensamiento original.
Pepino y compañía dicen que la transferencia de átomos de una reseva a otra es una analogía decente y que esta transferencia pueden tener lugar a través de una red óptica en la que los átomos se tunelizan a un ritmo uniforme. Esta es su analogía de un circuito simple.
¿Qué hay de los componentes más complejos? Un diodo es un dispositivo que permite a los electrones viajar en una dirección cuado se aplica un voltaje, pero no viajan en el contrario cuando se invierte el mismo. El diodo atomtrónico de Pepino y sus colegas es una red óptica que conecta dos reservas, pero con un escalón diferencial de energía en medio. Esto permite a los átomos tunelizarse en una dirección pero no en otra.
De una forma similar, el equipo del NIST demuestra cómo es posible crear varios tipos de transistores atomtrónicos e incluso una puerta AND atomtrónica. A partir de ahí, no hay nada más que un pequeño paso hacia el procesado de información atomtrónica.
Pero, ¿por qué molestarse cuando ya tenemos todos esos componentes fucionando perfectamente con electrones?
Pepino y sus colegas dicen que hay varias razones. Los átomos neutros son fácilmente aislables del entorno, por lo que podrían ser útiles para la computación cuántica. Y al contrario que las redes de semiconductores, las redes ópticas pueden fabricarse de forma más o menos perfecta. Esto permitirá a los físicos poner a prueba las propiedades fundamentales de los circuitos lógicos de una forma que está totalmente libre de complicaciones indeseadas. “Es posible que una comprensión más profunda pueda darnos el diseño de sistemas electrónicos convencionales y llevar a futuras mejoras”, dice el equipo del NIST.
Pero, tal vez, la razón más interesante es esta: “los sistemas atomtrónicos son más ricos que sus homólogos electrónicos debido a que los átomos poseen más grados internos de libertad que los electrones”.
Hasta hace poco, la electrónica se había basado en una única propiedad de los electrones – su carga. Pero en los últimos años, los físicos han empezado a explicar una segunda propiedad: el espín electrónico. La conocida como espintrónica promete revolucionar la electrónica debido a que permite que la información se cofidique de una forma completamente nueva.
La atomtrónica podría llegar aún más lejos ofreciendo formas completamente nuevas de tratar la información. Los átomos neutros pueden ser fermiones o bosones y la interacción entre ellos puede ser de largo o corto alcance, fuerte o débil y atractiva o repulsiva.
Por tal razón, la atomtrónica abre unas nuevas y apasionantes formas de almacenar y procesar la información que no pueden hacerse con electrones. Aunque exactamente qué se logrará con esto no está claro.
Tendrá que esperar a estudios posteriores. Por el momento, Pepino y compañía parecer estar conduciendo a solas el camino de la atomtrónica. Hasta el momento el trabajo parece en gran parte teórico. Tal vez podrían contar con algo de ayuda para lograr tener los primeros dispositivos atomtrónicos listos y funcionando.
Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1005.3069: Open Quantum systems Approach To Atomtronics
Fecha Original: 20 de mayo de 2010
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Fuente: Ciencia Kanija
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En los últimos días, los medios han difundido la publicación en Science de un trabajo del grupo de Craig Venter , del Instituto del mismo nombre con sedes en Rockville, Marylena, y San Diego, en California, en el que describen la síntesis del genoma de una bacteria y su inserción en otra bacteria del mismo género. Este mismo equipo ya había sintetizado un genoma bacteriano y, también, había transplantado el genoma de una bacteria en otra y, en este trabajo, unen ambas técnicas y crean lo que denominan una “célula sintética” aunque, para ser exactos, sólo es sintético el genoma que se inserta; la célula ya existía previamente.
Venter ha declarado que este estudio desarrolla una técnica que permite sintetizar un cromosoma “con cuatro botellas de productos químicos en un sintetizador que funciona con la información que le suministra un ordenador”. Utilizan micoplasmas tanto para la síntesis del cromosoma como para insertar el sintético. Ya habían secuenciado el genoma de Mycoplasma genitalium, la bacteria con el número de genes más pequeño capaz de crecer en el laboratorio. Sin embargo, tiene un crecimiento muy lento y para este trabajo eligen otros dos micoplasmas de crecimiento más rápido: Mycoplasma micoides como donante del cromosoma y Mycoplasma capricolum como receptor. Una vez sintetizado el cromosoma, se inserta en células del receptor que se comporta como la especie donante y se reproduce en el laboratorio. Sin que se sepa muy bien cómo, en el proceso se pierden 14 genes del donante.
Lo más interesante del trabajo y, además, que ofrece más perspectivas de futuro, es el método de síntesis del cromosoma artificial. El genoma de M. micoides tiene un cromosoma con, aproximadamente, un millón de bases, es decir, de pares de nucleótidos que son algo así como las letras que escriben la secuencia de genes que, en esta especie, son algo más de 500. Como comparación, nuestra especie tienen en todas las células excepto las reproductoras, 46 cromosomas con unos 6500 millones de pares de bases que codifican entre 20000 y 20500 genes.
Todavía nadie es capaz de secuenciar un genoma completo, ni siquiera el de estos micoplasmas que son las células más sencillas. Por ello, Venter y su grupo tuvieron que desarrollar una técnica por etapas. Lo primero, meter la secuencia completa en el ordenador y, a partir de los datos almacenados, construir y reconstruir el genoma completo como si fuera un complicado rompecabezas. Confeccionaron 1078 fragmentos de genoma (los llaman cassettes) cada uno con 1080 pares de bases. Los insertaron en células de levaduras (Saccharomyces , la levadura del pan) y de Escherichia coli (una bacteria que vive en nuestro tubo digestivo) que son capaces de unir esos fragmentos de diez en diez. Así se obtienen 110 cassettes de 10000 pares de bases cada uno. Y se repite el proceso cuatro veces hasta conseguir el genoma completo de un millón de bases. Una vez conseguido el genoma sintético es cuando se inserta en el otro micoplasma, el M. capricolum. Para distinguir el cromosoma sintético del cromosoma natural le insertan una serie de pares de nucleótidos que funcionan, como dicen en el artículo, como la marca de agua en el papel. El genoma sintético desplaza al natural y dirige la célula que se comporta como si fuera M. micoides.
De esta manera, el equipo de Craig Venter ha conseguido unir en una sola todas sus técnicas anteriores y, con ello, que una especie de micoplasma se transforme en otra por la acción de un cromosoma sintético.
*Gibson, D.G. y colaboradores & J.C. Venter. 2010. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science DOI: 10.1126/science.1190719
Fuente: La biología estupenda
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- La web de Maco048. Noticias criminología: ADN
- Apuntes Introduccion a la Informática. (GAP), la información
La teoría de la relatividad de Einstein, que tiene que ver con la gravedad, podría utilizarse para mejorar los sistemas de navegación global en el futuro. Un equipo de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Universidad de Ljubljana ha desarrollado un sistema basado en esta posibilidad.
Los sistemas de navegación por satélite, como Galileo y GPS, emplean la trigonometría newtoniana para determinar las posiciones, utilizando las estaciones en Tierra como puntos de referencia. Este enfoque sería ideal si todos los satélites y el receptor estuvieran en reposo y lejos de la Tierra. Pero si se introducen correcciones relativistas a la teoría newtoniana, un usuario en la Tierra podría registrar correcciones de hasta 12 kilómetros en un día.
Una forma sencilla de evitar tener que tratar con los defectos de la teoría newtoniana es cambiar el paradigma. En lugar de modelar el sistema en un marco de Newton y la adición de las correcciones relativistas, el sistema de posicionamiento podría inspirarse directamente en la relatividad general.
Con la inspiración de un artículo publicado por Bartolomé Coll, investigador en Systèmes de Référence Temps-Espace del Observatorio de París, se realizó un estudio para introducir estas coordenadas relativistas para la definición de un marco de referencia mundial que se pueda utilizar para el posicionamiento y la navegación.
Se diseñó un marco de Schwarzschild local (el alemán Karl Schwarzschild formuló la primera solución exacta de las ecuaciones de Einstein, referente a la curvatura de un espacio vacío a consecuencia del campo gravitacional de un cuerpo esférico), basado en las señales de reloj procedentes de cuatro satélites. Posteriormente, se desarrollaron, implementaron y probaron algoritmos para leer las coordenadas del marco de Schwarzschild local del usuario desde las señales de los cuatro satélites.
El marco de referencia nuevo se basa en la dinámica de los satélites en lugar de depender de la ubicación de las estaciones terrestres. Si la constelación de satélites estuviera equipada con comunicaciones entre satélites, cada satélite podría ser un usuario de su sistema de posicionamiento propio.
Los primeros resultados prometen un aumento en la precisión y la estabilidad mediante el nuevo sistema de referencia. La cuestión de si puede evitar la necesidad de marcos de referencia terrestre está aún en estudio.
Entre las futuras aplicaciones de esta investigación, figura una referencia muy estable y precisa en el espacio, que podría ser utilizada para la ciencia espacial y Orbitografía de alta precisión;
También podría utilizarse para la definición de un marco de referencia galáctica para la navegación interplanetaria, utilizando los púlsares como relojes, informa la ESA.
Fuente: Europa Press
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- Localizadores GPS
- Estándares de comunicaciones inalámbricas
- Apuntes Introduccion a la Informática (GAP). Redes y comunicaciones
Este es un proceso clave para entender la actividad de los genes y la replicación del ADN y, en un futuro, diseñar fármacos para modularlas.
La separación de las dos hebras del ADN es un proceso que ocurre en millonésimas de segundo, lo que dificulta enormemente su estudio experimental, haciendo necesaria la simulación computacional. Tras cuatro años de puesta a punto de un modelo físico efectivo y el uso masivo del supercomputador Mare Nostrum, investigadores del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y el Centro de Supercomputación de Barcelona (BSC) han logrado realizar la primera simulación realista de la apertura del ADN a alta resolución. Los investigadores Modesto Orozco, jefe del grupo de Modelización y bioinformática del IRB Barcelona, Catedrático de Bioquímica de la UB y director del Departamento de Ciencias de la Vida del BSC, y Alberto Pérez, investigador Juan de la Cierva en el BSC, actualmente en la Universidad de California San Francisco (Estados Unidos), publican los resultados en la revista líder mundial en química, Angewandte Chemie.
Alberto Pérez explica que “gran parte de las funciones del ADN se dan al separarse sus dos cadenas cuando, por ejemplo, se tiene que replicar durante la división celular o en procesos de reparación. Con este estudio proponemos un mecanismo para este proceso, que a su vez, guiará a nuevos experimentos para su corroboración final”.
Los investigadores han estudiado un fragmento pequeño de ADN, de 12 pares de bases (el genoma humano tiene unos 3000 millones de pares de bases), y han obtenido 10 millones de fotos estructurales que muestran la película de cómo se despliega. En este proceso han revelado dos rutas principales que llevan del estado de su estructura natural plegada a la forma desplegada. “Este proyecto”, explica Orozco, “es parte de un objetivo mayor del laboratorio: intentar comprender los cambios que sufre la estructura del ADN según los procesos biológicos que ocurren dentro de la célula, como la expresión y represión de genes o la replicación o transcripción del ADN”.
El ADN contiene la información genética de los seres vivos y su estructura de doble hélice fue descubierta hace ya más de 50 años por Watson y Crick. El ADN y las proteínas que lo modifican son las dianas terapéuticas más importantes en diversas patologías y de manera especial en cáncer. El trabajo del IRB Barcelona proporciona una visión detallada del mecanismo por el cual tiene lugar uno de los procesos más importante en el ADN y abre nuevas expectativas sobre la conexión entre propiedades físicas, funcionalidad y efecto farmacológico. El objetivo último es que la suma de nuevos avances conviertan al ADN en una diana farmacológica universal.
Artículo de referencia: Real-time Atomistic Description of DNA Unfolding. Alberto Pérez and Modesto Orozco.
Angewandte Chemie (2010). doi: 10.1002/ange.201000593
Angewandte Chemie – International Edition (2010) doi: 10.1002/anie.201000593
Fecha Original: 20 de mayo de 2010
Enlace Original
Fuente: Ciencia Kanija
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Enlaces relcioandos:
- Se pone en marcha la Red Española de Supercomputación al servicio de la investigación
- La aplicación informática LIMS pone orden en la ciencia forense
- Apuntes Introduccion a la Informática (GAP). La Información
- La web de Maco048. Noticias: ADN
Nos lo han dicho por activa y por pasiva, usar el teléfono móvil no provoca ningún tipo de cáncer, pero muchos todavía no se lo creen del todo, máxime cuando hay 4600 millones usuarios de esta tecnología. Un estudio danés con más de 420000 personas no encontró ninguna relación y un nuevo estudio de la colaboración internacional INTERPHONE, que forma parte de la OMS, sobre casi 6000 personas con tumores cerebrales de 13 países, personas que habitualmente usan el teléfono móvil, tampoco la ha encontrado. Se han hecho eco de esta noticia todos los medios, aunque no todos con acierto, como nos cuenta Daniel Cressey, “No link found between mobile phones and cancer. Claims that mobile-phone use causes cancer are shown to be overblown,” Nature News, Published online 17 May 2010. El nuevo artículo técnico, para quienes tengan acceso universitario a las revistas de Oxford Journals, es The INTERPHONE Study Group, “Brain tumour risk in relation to mobile telephone use: results of the INTERPHONE international case–control study,” International Journal of Epidemiology, Advance Access, published on May 17, 2010 [web], que es comentado en la misma revista por Rodolfo Saracci y Jonathan Samet, “Commentary: Call me on my mobile phone…or better not?—a look at the INTERPHONE study results,” IJE,Advance Access published on May 17, 2010 [web].
El estudio, en números, ha considerado 2708 personas con glioma, 2409 con meningioma y 7658 sujetos de control, sin cáncer. Los resultados de un estudio como éste, sobre el efecto del móvil en personas con varios tipos de cáncer cerebral y sin él, son siempre difíciles de interpretar, quizás por ello ha habido malas interpretaciones desde ciertos sectores de la prensa británica. “En resumen, el estudio no ha observado ningún incremento del riesgo de contraer glioma o meningioma debido al uso del teléfono móvil.” ¿Por qué es difícil interpretar este tipo de estudios? Porque si se sesgan los datos, se obtienen resultados extraños, inconsistentes con la conclusión general. Por ejemplo, este estudio también indica que “el uso regular del teléfono fijo decrece el riesgo de contraer cáncer cerebral,” que “el 10% de los participantes, los que usan el teléfono móvil durante al menos 12 horas al día, parece presentar un incremento del riesgo de contraer glioma de un 40%,” y que ”usar el teléfono móvil con regularidad, pero sin excesos, decrece el riesgo de glioma y meningioma en un 20%.” Parecen resultados contradictorios, pero en este tipo de estudios es habitual observar dichas contradicciones. Sólo del estudio global, sin introducir sesgos, pueden extraerse conclusiones fiables. Obviamente, ni usar el teléfono fijo protege contra el cáncer, ni usar el teléfono móvil con regularidad tampoco, ni usar el móvil durante más de 12 horas al día lo provoca (siempre como conclusión de este estudio). Los datos en su conjunto permiten concluir sólo que “usar el teléfono móvil no incrementa del riesgo de contraer glioma o meningioma.”
Permitidme acabar con un exabrupto: El tabaco mata, provoca cáncer. El teléfono móvil mata, en accidentes de tráfico, pero no provoca cáncer.
Fuente: Francis (th)E mule Science’s News
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Enlaces relacionados:
- Actualidad informática: Telefonía móvil celular
- Moulder. Efectos de la telefonía móvil celular
- Derechos del usuario de telecomunicaciones
Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (M.I.T., por sus siglas en inglés) ha desarrollado un método para encontrar soluciones a las ecuaciones de la fuerza de Casimir para cualquier geometría. Los resultados se publican en los Proceedings of the National Academy of Sciences.
Imaginemos dos placas metálicas no cargadas eléctricamente, separadas unos micrometros, en ausencia de campo electromagnético y en reposo. ¿Existe alguna fuerza neta en el sistema? Desde un punto de vista clásico la respuesta es un contundente no. Sin embargo, desde el punto de vista cuántico la respuesta es sí: la existencia de esta fuerza neta la predijeron Hendrik Casimir y Dirk Polder en 1948 y su existencia ha sido comprobada experimentalmente. De hecho, esta fuerza que, aparentemente viene de la nada y disminuye rápidamente con la distancia, puede alcanzar valores sorprendentes a distancias muy pequeñas. Así, en placas separadas 10 nm la fuerza de Casimir-Polder (Casimir, de ahora en adelante), dependiendo de la geometría de las placas, llega a 1 atmósfera de presión. Esto quiere decir que esta fuerza anti-intuitiva se convierte en la dominante en la nanoescala entre conductores no cargados.
La mecánica cuántica ha puesto de manifiesto que nuestro universo es mucho más raro de lo que imaginamos. Una de estas características extrañas es la confirmación de la realidad de todo un abanico de nuevas partículas subatómicas que están constantemente apareciendo y desapareciendo de la existencia en un lapso de tiempo prácticamente indetectable.
Hay tantas de estas partículas efímeras en el espacio, incluso en el vacío, moviéndose en todas direcciones, que las fuerzas que ejercen se contrarrestan unas a otras. A efectos prácticos en la mayoría de los casos pueden ignorarse. Pero cuando los objetos se aproximan mucho, hay poco hueco entre ellos como para que las partículas comiencen a existir. Consecuentemente, hay menos de estas partículas efímeras entre los objetos para contrarrestar las fuerzas que ejercen las partículas que aparecen alrededor de ellos, y la diferencia de presión termina empujando a los objetos el uno contra el otro. Este es el origen de la fuerza de Casimir.
En los años 60 del siglo XX se desarrolló una fórmula que, en principio, describe los efectos de las fuerzas de Casimir en cualquier número de objetos pequeños, con cualquier forma. Pero en la inmensa mayoría de los casos, la fórmula era imposible de resolver en la práctica. Se consiguió encontrar una solución para un número muy limitado de casos, como el de dos placas paralelas. En años recientes se han encontrado maneras de obtener soluciones para otras configuraciones. Así, en 2006 se resolvió para una placa y un cilindro y, en 2007, para esferas múltiples. Pero no se conseguía encontrar una solución general.
Esto es precisamente lo que han logrado los miembros del equipo encabezado por Alejandro W. Rodríguez: un método para resolver las ecuaciones de las fuerzas de Casimir para cualquier número de objetos, con cualquier forma concebible.
La aproximación de los investigadores al problema ha sido la de reducirlo a otro análogo, matemáticamente equivalente, pero resoluble. En concreto, demuestran que objetos del orden de centímetros separados también del orden de centímetros, dentro de un fluido conductor de la electricidad, constituyen un modelo preciso del nanosistema en lo que respecta a las fuerzas de Casimir. En vez de calcular las fuerzas ejercidas por pequeñas partículas que aparecen alrededor de pequeños objetos, los investigadores calculan la fuerza de un campo electromagnético en varios puntos alrededor de otros objetos mucho más grandes.
Para objetos con formas raras, como una rueda dentada, el cálculo de la fuerza electromagnética en un fluido conductor sigue siendo algo bastante complicado. Pero nada que no pueda arreglarse usando software de ingeniería estándar.
El encontrar una solución a las ecuaciones de las fuerzas de Casimir es algo que va mucho más allá del mero conocimiento teórico: poder calcular las fuerzas de Casimir para distintas geometrías se ha convertido en algo imprescindible en nanotecnología. Dado que las fuerzas de Casimir pueden hacer que las partes móviles de los sistemas electromecánicos a nanoescala se queden pegadas, es necesario encontrar geometrías donde en vez de atracción haya repulsión, y esto es lo que permite la nueva técnica.
Eso sí, la creatividad humana está llamada a jugar un gran papel para encontrar estas formas con fuerzas repulsivas: todavía es necesario el uso de la intuición para imaginar qué formas pueden tener repulsión. La técnica de Rodríguez et al. solo nos dirá si estamos en lo cierto a posteriori.
[Esta es la participación de Experientia docet en el VII Carnaval de la Física, que este mes acoge El navegante.]
Referencia:
Rodriguez, A., McCauley, A., Joannopoulos, J., & Johnson, S. (2010). Theoretical ingredients of a Casimir analog computer Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1003894107
Fuente: Experientia docet
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Enlaces relacionados:
- Efecto Casimir – Wikipedia, la enciclopedia libre
- El Efecto Casimir: la fuerza de la nada
- Hendrik Casimir – Wikipedia, la enciclopedia libre
Es el primer láser de germanio capaz de emitir en longitudes de onda útiles para las comunicaciones ópticas. Es también el primero que opera a temperatura ambiente. Este nuevo láser es muy prometedor para la computación óptica, y además demuestra que los semiconductores de banda prohibida indirecta (“indirect-bandgap”) pueden producir láseres de uso práctico.
“Este láser está diseñado con una física totalmente nueva”, dijo Lionel C. Kimerling del MIT, cuyo Grupo de Investigación de Materiales Electrónicos desarrolló el láser de germanio. Kimerling es profesor Thomas Lord de ciencia de los materiales e ingeniería. El equipo de investigación publicó sus resultados en Optics Letters de enero 2010.
Anteriormente, se creía que los semiconductores banda prohibida indirecta no se podían utilizar para los láseres prácticos. Dentro de los cristales de semiconductores, un electrón excitado se libera y entra en la banda de conducción para que pueda moverse libremente por todo el cristal. Pero ese electrón excitado estará en uno de dos estados: en el primero, se libera energía extra en forma de fotón, en el segundo, la energía adicional se libera de otra manera, calor por ejemplo.
En los materiales de banda prohibida directa, el primero, el estado en que emiten fotones es un estado de menor energía que el segundo estado, en materiales de banda prohibida indirecta, ocurre lo contrario. Y debido a que un electrón excitado podría ocupar el estado de menor energía disponible, entonces tiende a entrar en el estado de emisión de fotones en materiales de banda prohibida directa como el arseniuro de galio, pero no en materiales de banda prohibida indirecta como el germanio.
“En semiconductores de banda prohibida indirecta, hay una discrepancia de cantidad de movimiento entre los electrones de conducción indirecta en los valles y los agujeros en la banda de valencia”, dijo el autor principal Jifeng Liu, un asociado postdoctoral que es coautor del artículo con Kimerling, Jurgen Michel, el investigador principal del grupo investigador, y los estudiantes graduados Xiaochen Sun y Rodolfo Camacho Aguilera.
“Desde cualquier transición se necesita conservar el impulso, la emisión de luz no puede suceder en los semiconductores de banda prohibida indirecta a menos que los electrones pasen a conseguir una cantidad adecuada de impulso de las ondas de las vibraciones atómicas en el material, conocidas como fonones, para compensar este desajuste “, dijo Liu.
“Es similar a la situación de los pingüinos a la espera de coger la ola del mar adecuada para saltar sobre un iceberg. Por lo tanto, la emisión de luz en semiconductores de banda prohibida indirecta es muy ineficiente, por lo que estos materiales son considerados inadecuados para los láseres. Históricamente, los científicos han evitado el uso de materiales de banda prohibida indirecta para dispositivos emisores de luz “.
Para el nuevo láser, Liu y sus colaboradores forzaron a los electrones excitados del germanio en el -estado de emisión- del fotón al estado de mayor energía, utilizando dos estrategias comunes para la fabricación de circuitos integrados (“chips”).
En el primer enfoque, el grupo dopó germanio con fósforo, que tiene cinco electrones externos, el germanio sólo tiene cuatro. Este electrón extra llenó el estado de menor energía en la banda de conducción, impulsando a los electrones excitados a “desbordarse” en el estado de mayor energíay a emitir fotones.
En la segunda estrategia, el equipo de investigadores “tensó” el germanio, dejando sus átomos un poco más separados de lo que es habitual. Para ello, crecieron el germanio directamente encima de una capa de silicio, lo que redujo la diferencia de energía entre los dos estados, lo que permite a los electrones excitados desbordarse hacia el estado de emisión de fotones en lugar de liberar su energía extra de otra manera.
Por lo tanto, atrajeron a los electrones al estado de emisión de fotones y produjeron un láser con semiconductores de banda prohibida indirecta.
Para la computación óptica, es fundamental desarrollar formas prácticas baratas, para integrar los componentes ópticos y electrónicos en los chips de silicio. Los láseres utilizados actualmente para los sistemas de comunicaciones deben ser construido por separado de materiales caros como el arseniuro de galio y luego injertados en chips de silicio, un proceso que tarda más tiempo y es más costoso que si se construye directamente sobre el propio silicio.
El Germanio, cabe señalar – a diferencia de materiales típicos de láser – es fácil de usar en los actuales procesos de fabricación de chips de silicio. Liu dijo que el germanio y silicio están en el mismo grupo en la tabla periódica y tienen la misma estructura cristalina e igual número de electrones de valencia. “Por lo tanto, el germanio introducido directamente en los chips de silicio no provoca contaminación dopante a los actuales dispositivos de transistores de silicio láser tales como sucede con materiales típicos como el GaAs”.
“Hay dos pasos importantes en el desarrollo de esta tecnología”, dijo. “En primer lugar, vamos a desarrollar diodos láser de germanio que están directamente alimentados por corriente eléctrica. De hecho, hemos mostrado el año pasado el primer diodo de germanio emisor de luz sobre silicio, por lo que creemos que un diodo láser bombeado eléctricamente se puede lograr con el diseño mejorado de los dispositivos. En segundo lugar, aumentar aún más el nivel de dopaje en el germanio para aumentar su eficiencia. Hemos encontrado algunos buenos métodos para lograr este objetivo, pero no puedo revelarlos todavía, debido a cuestiones de propiedad “.
Fuente: Photonics
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- Hoy, 16 de mayo, se cumplen los 50 años del descubrimiento del láser por Maiman
- Láser – Wikipedia, la enciclopedia libre
- La Tecnología Láser Identifica Billetes Falsificados
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- Apuntes Introducción a la Informática. Periféricos de un ordenador
El 16 de mayo de 1960, Theodore H. Maiman, un científico que trabajaba en los laboratorios de investigación que el excéntrico millonario Howard Hughes poseía en Malibú (California, EE.UU.) observó por primera vez la amplificación de luz por emisión estimulada de radiación, fenómeno cuyas siglas en inglés forman el acrónimo LASER. Publicó el artículo, un columna de exquisita simplicidad, el 6 de agosto de 1960 en la revista Nature, artículo titulado “Stimulated Optical Radiation in Ruby” (radiación óptica estimulada en rubí). El trabajo había sido previamente rechazado en la prestigiosa publicación Physical Review Letters. Nos lo cuenta magistralmente Humberto Michinel Álvarez en ”El láser: 50 años de luz,” Revista Española de Física, Enero-Marzo 2010. Permitidme que extraiga algunos párrrafos de dicho artículo. Obviamente, también nos lo cuentan en muchas otras fuentes, como este Editorial, “Fifty brilliant years,” Nature Materials 9: 369, May 2010.
“El primer láser fue construido con un cristal cilíndrico de rubí sintético de un centímetro de largo, con sus bases espejadas, formando el primer resonador óptico activo de la historia. Para excitar los átomos de cromo del cristal, Maiman usó una lámpara de flash enrollada en espiral en torno al cilindro. Ese diseño simple y compacto le permitió obtener el resultado buscado: emisión de luz roja coherente en forma de pulsos que respondían a los destellos de la lámpara de bombeo. Maiman, quien sorprendentemente no fue galardonado con el Premio Nobel por su hazaña, consiguió con su artículo ganar la partida a numerosos equipos de investigadores que mantenían una intensa competencia para lograr el primer amplificador de microondas por emisión estimulada (MASER) que emitiese luz visible. Sobre todo en los Estados Unidos y en la antigua URSS numerosos grupos de investigación venían investigando contrareloj desde hacía años diferentes diseños de “máser óptico,” con el ánimo de entrar así en la historia de la Física [el cambio de la “M” de máser por la “L” de láser fue propuesto por Gordon Gould].
Con la publicación del trabajo de Maiman en Nature finalizó la carrera por hacer el primer láser. El trabajo previo a Maiman permitió una explosión de resultados desde el primer momento y así fueron desarrollados rápidamente nuevos modelos de láser: He-Ne (1961), Cs (1962), diodo (1962), CO2 (1963), Ar (1964), colorante (1966), excímero (1970), etc. Muchos de estos avances fueron reconocidos con el Premio Nobel de Física como ocurrió a C.H. Townes, N. Basov y A. Prokhorov en 1964, A. Schawlow y N. Bloembergen en 1964 o Z. Alferov y H. Kroemer en 2000.
Información completa en: Francis (th)E mule Science’s News
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Enlaces de interés:
- Láser – Wikipedia, la enciclopedia libre
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Un nuevo tipo de transistor controlado por la sustancia química que proporciona la energía para elmetabolismo de
nuestras células pueda ser un gran paso hacia el diseño de prótesis que puedan ser conectados directamente al sistema nervioso.
Los transistores son los bloques fundamentales de construcción de aparatos electrónicos, por lo que encontrar formas de controlarlos con las señales biológicas podría proporcionar una vía hacia la integración de la electrónica con el cuerpo.
AlAleksandr Noy en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California (EE.UU.) y sus colegas optaron por controlar un transistor con adenosina trifosfato (ATP) – el combustible molecular que se encuentra en casi todas las células vivas.
El nuevo transistor se compone de un nanotubo de carbono, que se comporta como un semiconductor, reduciendo la brecha (gap) entre dos electrodos de metal y recubierto con una capa de polímero aislante que sale de la sección central del nanotubo, dejándola expuesta. El dispositivo después se cubre de nuevo, esta vez con una bicapa lipídica similar a las que forman las membranas que rodean las células de nuestro cuerpo.
Bombeo de iones
El equipo aplicó entonces un voltaje a través de los electrodos del transistor y se llenó el dispositivo con una solución que contiene ATP y los iones sodio y potasio.. Esto provocó que una corriente fluya a través de los electrodos – y cuanto mayor era la concentración de ATP, fluía corriente más intensa.
El dispositivo responde de esta manera porque la bicapa lipídica incorpora una proteína que, cuando se expone a ATP, actúa como una bomba de iones, transportando iones de sodio y potasio a través de la membrana.
“La proteína de bomba de iones es un elemento absolutamente fundamental de este dispositivo”, dice Noy.” “Cada ciclo, se hidroliza una molécula de ATP y se mueven tres iones de sodio en un sentido y dos iones de potasio en el opuesto.Esto da lugar a una red de bombeo de una carga a través de la membrana hacia el nanotubo.
La acumulación de iones crea un campo eléctrico alrededor de la porción expuesta de los nanotubos semiconductores, aumentando su conductividad en proporción a la intensidad del campo. Cuando el suministro de ATP se reduce, los iones se fugan al otro lado de la membrana y el flujo de corriente a través del transistor cae.
Interfaces Bioelectrónicas
Noy afirma que este es el primer ejemplo de un sistema bioelectrónico realmente integrado. “Espero que este tipo de tecnología pueda usarse para construir interfaces bioelectrónicas para permitir una mejor comunicación entre organismos vivos y máquinas.”
Itamar Willner en la Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel piensa que la tecnología es muy prometedora. “La belleza del sistema se refleja en el hecho de que la energía mecánica en la nanoescala [del movimiento de los iones] se transforma en electricidad.” He suggests it could be used to develop sensors to monitor intracellular metabolism. Sugiere que podría ser utilizado para desarrollar sensores para monitorizar el metabolismo intracelular.
Publicado en: Nano Letters, DOI: 10.1021/nl100499x
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