Nanotecnología - Descubriendo la Física
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Nanotecnología

De Descubriendo la Física

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La nanotecnología es un campo de las ciencias dedicado al control, desarrollo y manipulación de la materia a tamaños muy pequeños, incluso de unos pocos átomos y moléculas. Cuando se manipula la materia a esa escala tan minúscula, se observan fenómenos y propiedades totalmente nuevos. Así, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas. Esta nuevas estructuras construidas con precisión atómicao pueden introducirnos en una nueva era tecnológica.

La nanotecnología avanzada busca, mediante la ingeniería de nanosistemas (estructuras a escala nanométrica) realizar tareas a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados que se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito de la mina del lápiz podemos hacer diamantes. Si reubicamos los átomos de la arena y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de una computadora.


Contenido

Grafeno

Nanotubo de carbono

El grafeno es un material bidimensional (es decir una placa) que se compone de átomos de carbono ordenados en una red hexagonal. El material conocido como grafito, del que se componen básicamente los lapices que usamos diariamente, esta compuesto por muchas placas de grafeno apiladas. Cuando usamos nuestros lápices para escribir en un papel lo que hacemos es conseguir depositar sobre el papel algunas placas de grafeno que se separan de las restantes porque la fuerza que mantiene unidas a las placas entre si es pequeña comparada con la fuerza con las que se mantienen unidos los átomos en cada placa. Es extraño que al parecer tan fácil separar las placas de grafeno del grafito recien se pudo conseguir sintetizar una sola placa del mismo en un laboratorio en el año 2004, siendo hoy en día el único material realmente bidimensional conocido. Por ser un material bidimensional el grafeno presenta un gran atractivo para los científicos que tratan de entender sus propiedades y la aplicación práctica que este material puede tener en aplicaciones tecnológicas. Por ser un semiconductor que puede lograrse con relativa facilidad es considerado por muchos como el sustituto del silicio para la fabricación de microcomponentes electrónicos como los microchips de nuestras computadoras. Pero mas allá de la fabricación de microcomponentes con interesantisimas caracteristicas, los físicos buscan en la actualidad utilizar el grafeno para la fabricación de nanocomponentes electrónicos, es decir componentes que se utilizarán para la fabricación y aplicación de circuitos electrónicos en la escala de los nanometros (o sea 0,000000001 metros). Esto permite pensar en aplicaciones de los circuitos electónicos para realizar tareas antes inpensadas y la construccion de circuitos y dispositivos de tamaños tan pequeños que reducirian cientos de veces el tamaño de las computadoras que pueden construirse hoy en día.

Transporte en Nanoestructuras

Puntos cuánticos

Los puntos cuánticos (qdots o quantum dots en inglés) o átomos artificiales son nanoestructuras creadas en el laboratorio que miden millonésimas de milímetro. Inventadas hace casi dos décadas, tienen un sinfín de aplicaciones en áreas tan variadas como las telecomunicaciones, la computación cuántica, la seguridad o la biomedicina. Dots2.gif

Nano-Hilos

Nanowire.jpg

Como el nombre lo indica, los nano-hilos (o "nano-wires" en ingles) son hilos unidimensionales cuyo diametro es del orden de pocos nanometros (1 nanometro corresponde a 0.000000001 metros o equivalentemente alrededor de una milesima del diametro de un cabello humano). A tales escalas, la mecanica Newtoniana no es aplicable y se debe recurrir a la mecanica cuantica para poder comprenderlos. En la actualidad existen muchos tipos de nano-hilos, entre ellos se pueden nombrar: los metalicos (construidos con compuestos tales como Ni,Au); nano-hilos semiconductores (ej. GaN) y los aisladores (por ej. TiO2). El campo de los nano-hilos está evolucionando a un ritmo rápido, con muchas posibles aplicaciones en la electrónica, la óptica, y de los sensores.

Spintrónica

spin

Como consecuencia de la busqueda de nuevos y cada vez mas pequeños dispositivos electrónicos los físicos e ingenieros dedicados a la investigación en el campo de la nanotecnología se encuentran con nuevas propiedades y comportamientos extraños. Esto se debe a que la mecánica cuántica (ver ¿Qué es la Mecánica Cuántica?) es de fundamental importancia al tratar de explicar los procesos a escalas atomicas. A estos tamaños la propiedad cuantica de los electrones llamada Spin (que está estrechamente relacionada con el Magnetismo Cuántico) toma un rol muy importante en las propiedades del nanosistema. Los dispositivos que usan esta propiedad del electron para realizar sus funciones forman lo que se denomina Spintrónica o Magnetoelectrónica por analogía con la palabra Electrónica.


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