Primer mapa de puntos cuánticos a escala atómica

Luis A. Merino

FÍSICOS CREAN EL PRIMER MAPA DE PUNTOS CUÁNTICOS A ESCALA ATÓMICA.

ScienceDaily(sep.30,2009)- Físicos de la universidad de Michigan han creado el primer mapa a escala atómica de puntos cuánticos (quantum dots), un gran paso hacia la meta de producir "puntos de diseño" que pueden ser hechos a la medida para aplicaciones especificas.

Los puntos cuánticos -a veces llamados átomos artificiales o nanopartículas- son pequeños cristales semiconductores con un amplio rango de aplicaciones potenciales en computación, células fotovoltaicas, dispositivos emisores de luz y otras tecnologías. Cada punto es un grupo de átomos bien ordenados, de 10 a 50 átomos de diámetro
Los ingenieros están adquiriendo la habilidad de manipular los átomos en puntos cuánticos para controlar sus propiedades y conducta, a través de un proceso llamado ensamblaje directo (directed assembly). Pero el progreso ha sido lento, hasta ahora, por la carencia de información a escala atómica sobre la estructura y el carácter químico de los puntos cuánticos.
Los nuevos mapas a escala atómica ayudarán a rellenar ese hueco de conocimiento, facilitando el camino a un progreso mas rápido en el campo del ensamblaje directo de puntos cuánticos, dice Roy Clarke, profesor de física en la Universidad de Michigan y correspondiente autor de un documento sobre el tema publicado online el 27 de Septiembre en la revista Nature Nanotechnology.
El principal autor del documento es Divine Kumah del Programa de Física Aplicada de la Universidad de Michigan, el cual dirige la investigación para su tesis doctoral.
"Lo comparo a la exploración en los días de antaño," dice Clarke de la cartografía de puntos. "Encuentras un nuevo continente e inicialmente todo lo que ves es el vago límite de algo a través de la bruma. Entonces llegas a tierra y vas hacia el interior y realmente lo cartografías, centímetro cuadrado por centímetro cuadrado".
"Los investigadores han sido capaces de trazar los límites de estos puntos cuánticos por bastante tiempo. Pero esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de cartografiarlos a nivel atómico, de entrar y ver donde están posicionados los átomos, como también sus composiciones químicas. Es un avance muy significativo."
Para crear los mapas, el equipo de Clarke iluminó los puntos con un haz brillante de fotones de rayos X en la Fuente de Fotones Avanzada del Laboratorio Nacional de Argonne (Argonne National Laboratory's Advanced Photon Source). El haz actúa como un microscopio de rayos X para revelar los detalles sobre la estructura de los puntos cuánticos. Debido a que los rayos X tienen una longitud de onda muy corta, pueden ser usados para crear mapas a superalta resolución.
"Estamos midiendo la posición y el carácter químico de piezas individuales de un punto cuántico a una resolución de una centésima de nanómetro," dice Clarke. "Es una resolución increíblemente alta."
La disponibilidad de mapas a escala atómica acelerará los progresos en el campo del ensamblaje directo. Eso, de paso, conducirá a nuevas tecnologías basadas en los puntos cuánticos Los puntos han sido ya usados para hacer láseres y sensores altamente eficientes, y podrían ayudar a hacer los computadores cuánticos una realidad, dice Clarke.
"La cartografía a escala atómica proporciona información que es esencial si vamos a tener controlada la fabricación de puntos cuánticos," dice Clarke. "Para crear puntos con un conjunto especifico de características o un cierto comportamiento, tienes que conocer donde esta todo, entonces puedes colocar los átomos óptimamente. Conocer lo que obtienes es lo mas importante de todo."
Además de Clarke, los coautores del documento de Nature Nanotechnology son Sergey Shusterman, Yossi Paltiel y Yizhak Yacoby.
La investigación fue patrocinada por una subvención del National Science Foundation. El departamento de Energía de los EE.UU respaldo el trabajo en la Fuente de Fotones Avanzada del Laboratorio Nacional de Argonne (Argonne National Laboratory's Advanced Photon Source).
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Adaptado de material facilitado por la Universidad de Michigan.

Leyenda de la imagen
Un mapa a escala atómica de la superficie entre un punto atómico y su sustrato. Cada pico representa un único átomo El mapa, hecho con rayos X de alta intensidad, es una lámina a través de una sección vertical del punto. (Créditos: Imagen cortesía de la Universidad de Michigan)

Traducido por Luis Al. Merino, 5-Oct-2009.

El principio de indeterminación

Adolfo García me envía un artículo muy muy interesante y que es una buena introducción a la Física Cuántica. El artículo se titula "Falacias del principio de incertidumbre y paradojas de la mecánica cuántica" y su autor es Douglas R. Hofstadter. El artículo lo dejaré en línea solamente durante un mes, por temas de derechos de autor.
Muchas gracias Adolfo ;-)
Ver el artículo

... de vuelta con todo ...

Hola a todos:
Ya estoy de vuelta después del parón biológico del verano. Que por cierto, empezó reguleras con un accidente con la bici, con su correspondiente fractura de pelvis y todo el verano enclaustrado. Después del verano he tenido una mundanza y he estado sin internet (se puede sobrevivir, os lo aseguro, aunque malamente).
Para empezar fuerte, os dejo con el tráiler de la película "Si la cosa funciona", el último trabajo de Woody Allen, que ha abandonado las películas de propaganda de ayuntamientos para volver a sus comedias clásicas. En este caso el protagonista es ..... un profesor de Física Cuántica retirado. Esta semana voy a verla sin falta. Para mi puede ser como ver mi futuro.

Ferrofluido

Un ferrofluido es un líquido que se polariza fuertemente cuando se le aplica un campo magnético. Están compuestos de una solución de nanopartículas ferromagnéticas cubiertas de un material surfactante (material que reduce la tensión superficial) para evitar que se aglomeren. Pues bien, he comprado un frasco de ferrofluido para enseñarlo en clase y he hecho algunas fotos en casa para que lo pdais ver ya. Las estructuras las he formado mediante imanes de Nd-Fe-B (Neodimio-Hierro-Boro) que son 60 veces más potentes que los de ferrita. Antes de cada foto de la estructura que se forma en el ferrofluido he puesto otra con la disposición de los imanes que he utilizado para la foto.

Un nuevo paso hacia los ordenadores ópticos

Un grupo de investigación del ETH de Zurich ha creado el primer transistor óptico compuesto por una sóla molécula, lo que constituye un paso hacia el desarrollo de los computadores ópticos.
Los ordenadores actuales están basados en un dispositivo electrónico denominado transistor, que fue inventado en los laboratorios Bell de Estados Unidos por Bardeen, Brattain y Shockley, lo que les valió para ser galardonados con el premio Nobel en 1956. El transistor es el gran invento del siglo XX y en nuestra vida diaria utilizamos millones de transistores. Un microprocesador actual tiene alrededor de 200 millones de transistores. Con el tiempo se han ido desarrollando ordenadores con mayor capacidad de cálculo y más rápido. Sin embargo, el proceso de mejora no es indefinido ya que los microprocesadores se calientan en exceso. Un microporcesador pierde unos 125 vatios por centímetro cuadrado en forma de calor. Además, existe una limitación en la velocidad de transmisión de una señal eléctrica. Pro este motivo se está investigando en sustituir los transistores de estado sólido por transistores ópticos que utilicen señales luminosas en lugar de eléctricas, aumentando la velocidad de transmisión y disminuyendo las pérdidas por calor.
Aunque todavía queda un largo camino hasta el desarrollo de los transistores ópticos, el grupo de investigadores de Zurich ha dado un nuevo paso. Debido a la cuantización de la energía de una molécula, si la iluminamos con un haz láser, puede absorber la luz del láser para excitarse y atenuar por tanto el haz láser. Si una vez que la molécula está excitada la iluminamos de nuevo con el láser, la molécula se puede desexcitar amplificando el haz láser. Este proceso que se conoce como emisión estimulada y que fue descrito por Albert Einstein hace 90 años, es la base del funcionamiento del láser. En un láser la emisión setimulada se produce de forma síncrona por una cantidad enorme de átomos o moléculas.
Los investigadores del ETH de Zurich han conseguido generar la emisión estimulada con una sola moléculas, gracias a que la sección eficaz de dispersión entre la luz y la molécula aumenta enormemente a bajas temperaturas. Para el proceso de emisión estimulada tienen que enfriar la molécula a -272 grados centígrados. Una vez que han preparado la molécula mediante un láser, pueden producir una amplificación o atenuación de un segundo haz láser, de modo que este dispositivo se comporta como un transistor. En cualquier caso, todavía queda un largo camino por recorrer hasta que se puedan sustituir los transistores actuales por transistores ópticos.

Observación de una partícula que en el fondo es doblemente extraña

El físico Pat Lukens, del experimento CDF del Fermilab, ha anunciado la observación de la partícula Ωb-. La partícula contiene tres quarks: dos extraños (s-strange) y uno fondo (b-bottom) y tiene una masa seis veces la del protón.

La observación de esta partícula, que predice el modelo, standard es significativa ya que permite profundizar sobre el modelo standard y además el resultado está en conflicto con el obtenido en el experimento DZero.
La partícula Ωb- es la última entrada en la tabla periódica de los bariones, que son las partículas formadas por tres quarks, siendo los ejemplos más habituales de este tipo del partículas el protón y el neutrón. El acelerador de partículas Tevatrón del Fermilab es único en su capacidad de producir bariones que contienen el quark fondo (b-bottom) y la cantidad de años de experiencia y éxitos del acelerador permiten estudiar este tipo de partículas extrañas.

Combinando casi la mitad de mil billones de colisiones protón-antiprotón realizadas en el Tevatrón, los investigadores del CDF han conseguido aislar 16 ejemplos en los que las partículas procedentes de la colisión revelan un traza de la partícula Ωb-. Una vez que se produce esta partícula, viaja a lo largo de una fracción de un milímetro para después decaer en partículas más ligeras. Este decaimiento, gobernado por la fuerza nuclear débil, tiene lugar en una trillónésima parte de un segundo. De hecho, los investigadores del CDF han realizado la primera medida del tiempo de vida medio de la partícula, obteniendo el valor 1.13 ps.

En agosto del 2008, el experimento DZero anunció su propia observación de la partícula Ωb- basándose en un conjunto inferior de datos del Tevatrón. Lo interesante de la nueva observación del experimento CDF es que entra en conflicto con los resultados anteriores del DZero. La masa que han medido los investigadores del CDF de la partícula Ωb- es 6054.4 ±6.8(stad.) ±0.9(sist.) MeV/c2, dintita del valor 6165±10(stad.)±13(sist.) MeV/c2, medido por los investigadores del DZero. Estos dos resultados son estadísticamente inconsistentes, dejando la incógnita de si los investigadores han medido la misma partícula. Además, los investigadores han observado una velocidad de producción distinta de la partícula. Quizás lo más interesante es que ninguno de los experimentos arroja luz sobre las observaciones del otro.

Aunque los últimos resultados obtenidos en el experimento CDF están de acuerdo con los valores teóricos esperados para la masa y velocidad de producción de la partícula Ωb- hace falta profundizar en la investigación para resolver el puzzle sobre los resultados contradictorios.

Links

• Experimento CDF
• Artículo en prensa
• Experimento DZero

El primer procesador cuántico :-)

Un equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Yale, ha creado el primer procesador cuántico rudimentario de estado sólido, dando un nuevo paso hacia el desarrollo de los ordenadores cuánticos.Han utilizado un chip superconductor que contiene dos qubits y que realiza algoritmos elementales, como una búsqueda sencilla, demostrando por primera vez la posibilidad de procesar información con un dispositivo de estado sólido. El resultado de su investigación aparecerá en el número del 28 de junio de la revista Nature.

El equipo de investigación ha fabricado dos átomos artificiales o qubits, cada uno de los cuales está formado por un billón de átomos de aluminio, que se comportan como un solo átomo que puede ocupar dos estados de energía. Debido al comportamiento cuántico, los investigadores pueden colocar los qubits en una superposición de los dos estados, permitiendo una mayor capacidad de almacenamiento y de procesamiento. Este nuevo avance ha sido posible gracias a que los investigadores han conseguido que se mantenga el estado de los qbits durante un tiempo suficientemente largo. Mientras que los qbits de hace una década podían mantener su estado alrededor de un nanosegundo, los investigadores del equipo de Robert Schoelkopf de Yale han conseguido mantenerlo durante un microsegundo, que es un tiempo que permite realizar algún algoritmo. También ha sido crucial el poder provocar el cambio de estado de los qubits con suficiente velocidad y de forma controlada.