Consiguen un récord con transistores de grafeno de alta velocidad: 300 GHz

El grafeno, una capa de carbono grafítico de un átomo de grosor, tiene un gran potencial para crear dispositivos electrónicos como radios, ordenadores y teléfonos que sean más rápidos y pequeños. Pero sus propiedades únicas también han dado dificultades a la hora de integrar el material en esos dispositivos.

En un artículo publicado el miércoles en la revista Nature, un grupo de investigadores de UCLA explican cómo han superado alguna de estas dificultades para fabricar el transistor de grafeno más rápido hasta la fecha.

Grafeno

Grafeno. Wikipedia.

El grafeno, que posee la velocidad conocida más grande a la que se pueden mover los electrones, es un buen candidato para dispositivos electrónicos de radio frecuencia de alta velocidad. Pero las técnicas tradicionales para fabricar el material suelen deteriorar la calidad del dispositivo.

El equipo de UCLA, liderado por el profesor de química y bioquímica Xiangfeng Duan, ha desarrollado un nuevo proceso de fabricación para los transistores de grafeno utilizando un nanocable como la puerta auto alineada.

Las puertas auto alineadas son el elemento clave en los transistores modernos, dispositivos semiconductores utilizados para amplificar e intercambiar las señales electrónicas. Las puertas se utilizan para intercambiar el transistor entre varios estados y las puertas auto alineadas se desarrollaron para lidiar con problemas de alineamiento encontrados debido a la disminución del tamaño de los dispositivos.

Para desarrollar la nueva técnica de fabricación, Duan colaboró con otros dos investigadores de UCLA, Yu Hang y Kang Wang.

“Esta nueva estrategia supera dos limitaciones que se habían encontrado anteriormente en los transistores de gradeno. “Primero, no produce ningún defecto apreciable en el grafeno durante la fabricación, por lo que la alta movilidad se mantiene. Por otro lado, al utilizar un enfoque de auto alineamiento con un nanocable como la puerta, el grupo pudo sobrellevar las dificultades de alineamiento encontradas hasta ahora y fabricar dispositivos de canal muy pequeño con un rendimiento sin precedentes”.

Estos avances permitieron al equipo conseguir la velocidad del grafeno más alta hasta el momento, con una frecuencia de corte de 300 GHz -comparable a los mejores transistores de otros materiales como arseniuro de galio o fosfuro de indio.

“Estamos muy contentos con los resultados y ahora estamos haciendo nuevos esfuerzos para escalar el enfoque y poder mejorar la velocidad”, comentó Lei Liao, de UCLA. Los dispositivos de radio frecuencia de alta velocidad también pueden encontrar su hueco en las comunicaciones por microondas o las tecnologías de radar.

Más informacion: Naturehttp://www.nature. … re09405.html

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

Un coche sin conductor de Audi intentará subir una montaña más rápido que los conducidos por humanos

En septiembre un Audi TTS sin conductor subirá a toda mecha el Pikes Peak de Colorado (una montaña en la que se celebra un rally anualmente) a poco menos de 100 km/h. Es un primer paso hacia un coche robótico que pueda conducirse sólo, quizá mejor que los humanos.

La Organización Mundial de la Salud prevé que las muertes por accidentes de tráfico serán la tercera causa de mortalidad en todo el mundo en 2020. Los conductores son responsables del 73% de esas muertes. Por ello, los fabricantes buscan maneras que hagan los coches más seguros intentando quitárselos a los humanos de las manos. Los coches que se conducen solos ofrecen otros beneficios: TNO, una compañía de investigación con base en Países Bajos, dice que pueden reducir el tiempo perdido por culpa de los atascos hasta un 50% y reducir las emisiones y el combustible consumido un 5%.

Un coche en Peaks Pike

Un coche durante la carrera en Peaks Pike. Wikipedia.

Todo gracias a un proyecto conjunto del Dynamic Design Laboratory, de la Universidad de Stanford, el Electroncis Research Lab de Volkswagen y la empresa de software Oracle Corp. El camino hasta la cima, que en parte es de gravilla, es el mismo por el que suele discurrir un rally de montaña anual. El TTS correrá para demostrar que un coche puede tomar las curvas tan rápido como un conductor humano -sin caerse por el barranco. Leer más de esta entrada

El silicio puede fundirse al revés

Los materiales que se funden al enfriarse pueden contribuir al desarrollo de células solares y otros dispositivos.

Al igual que un cubito de hielo en un día de calor, la mayoría de los materiales se funden -es decir, pasan del estado sólido al líquido- al calentarse. Pero hay unos pocos materiales extraños que lo hacen al revés: se funden al enfriarse. Ahora un equipo de investigadores del MIT ha descubierto que el silicio, el material más comunmente utilizado para chips de ordenadores y células solares, puede tener esta extraña propiedad cuando se disuelven en él grandes concentraciones de ciertos metales.

El material, una unión de silicio, cobre, niquel y hierro, se “funde” (en realidad pasa de sólido a un punto intermedio entre sólido y líquido) al enfriarse por debajo de 900 ºC, mientras que el silicio “normal” se funde a 1.414 ºC. Al fundirse a una temperatura mucho más baja, se puede observar el comportamiento del material al fundirse, basándose en tecnología de microsondas de fluorescencia de rayos X y  utilizando un sincrotrón -un tipo de acelerador de partículas- como fuente.

Silicio

Silicio. Wikipedia.

El material y sus propiedades están descritas en un artículo que acaba de ser publicado online en la revista Advanced Materials. El director del equipo Tonio Buonassisi, profesor de Ingeniería Mecánica y Procesos de Fabricación es el autor senior y los principales autores son Steve Hudelson y su compañera Bonna Newman.

Los descubrimientos podrían ser útiles para disminuir el coste de la fabricación de algunos dispositivos basados en silicio, especialmente aquellos en los que cantidades diminutas de impurezas pueden reducir el rendimiento. En el material que Buonassisi y sus compañeros estudiaron, las impurezas tienden a migrar a la porción líquida, dejando atrás regiones de silicio más puro. Esto podría facilitar la producción de algunos dispositivos cuya base es el silicio, como las células solares, al utilizar un grado de silicio menos puro y por lo tanto menos caro, ya que éste podría ser purificado en el proceso de fabricación.

“Si puedes crear pequeñas gotas líquidas dentro de un bloque de silicio, éstas actuarán como pequeñas aspiradoras chupando todas las impurezas”, comentó Buonassisi. Esta investigación también llevó al desarrollo de nuevos métodos para hacer matrices de nanocables de silicio -pequeños tubos que conducen muy bien el calor y la electricidad.

Buonassisi predijo en un artículo de 2007 que podría ser posible inducir una fusión “inversa” en el silicio, pero las condiciones necesarias para producir este estado y estudiarlo a un nivel microscópico, son muy concretas y no han estado disponibles hasta hace muy poco. Para crear las condiciones adecuadas, Buonassisi y su equipo tuvieron que adaptar un microscopio para que les permitiese controlar la velocidad de calentamiento y enfriamiento. Para poder observar lo que estaba ocurriendo al enfriarse y calentarse, utilizaron un sincrotrón de alta potencia del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley en California.

Los materiales para las pruebas consistieron en un “sandwich” hecho de dos delgadas capas de silicio, con un relleno de cobre, níquel y hierro en medio. Primero lo calentaron lo suficiente como para provocar que los metales se disolviesen en el silicio, pero por debajo del punto de fusión del silicio. La cantidad de metal era tan grande que el silicio se sobresaturó -es decir, se disolvió más metal del que se podría disolver en condiciones estables. Por ejemplo, cuando un líquido se caliente, puede disolver más de otro material, pero cuando se enfría puede llegar a sobresaturarse, hasta que el exceso de material se precipita.

En este caso,  los materiales se disolvieron en silicio sólido. “Al enfriarlo, llegarás a punto en el que induces la precipitación y en el que sólo podrán precipitar en fase líquida”, dijo Buonassisi. Es ahí dónde el material se funde.

Matthias Heuer, un investigador de Calisolar, una empresa de energía, dijo que el trabajo es “único y nuevo en nuestro campo” y que “da una buena perspectiva sobre la forma en la que los metales pasan de un estado a otro y cómo interactuan los defectos”. También añadió que hay varias cuestiones sin resolver para futuras investigaciones: “Ahora que sabemos que podemos crear inclusiones líquidas, la pregunta es, ¿qué eficiencia tienen? ¿son estables? ¿Pueden mantener las impurezas en un lugar concreto mientras se realizan otros procesos?”.

Este artículo ha sido traducido de MIT News y publicado bajo licencia CC by-sa

Submarinos cuánticos que facilitan el movimiento de los átomos

Imagina una máquina que pueda montar un objeto átomo a átomo. Significaría un paso más en la demostración de que los electrones se mueven como un “submarino cuántico” dentro de los materiales.

Manipular átomos directamente es uno de los principales objetivos de la nanotecnología, pero sigue estando bastante lejos. El mayor avance realizado consiste en mover los átomos individuales utilizando microscopios de efecto túnel (STM), un dispositivo que puede tomar imágenes a nivel atómico utilizando electrones emitidos por un estilete de un átomo de diámetro.

Ahora Richard Palmer, Peter Sloan y Sumet Sakulsermusk de la Unviersidad de Brimingham, han probado una forma indirecta y potencialmente más eficiente de manipular átomos. Colocaron un estilete STM en un agujero en la superficie de una membrana de silicona, provocando que los electrones se sumergiesen y viajasen como una ola cuántica por el interior del material, evitando los defectos de la superficie que les pudieran obstruir. “Lo llamamos submarino”, comentó Palmer.

Los electrones pudieron romper los enlaces químicos que mantenían las moléculas de clorobenceno de la silicona hasta una profundidad de 10 nanómetros. Poder mover estas moléculas podría ser el primer paso para manipular los átomos superficiales. Palmer dice que la técnica podría llevar al desarrollo de un nuevo método de fabricación, en el que una membrana de silicona es perforada en varios puntos donde los electrones puedan ser inyectados. También se podrían utilizar varios STM para manipular los átomos una vez que hayan recorrido largas distancias.

Philip Moriarty of the University of Nottingham, UK, says the result is an excellent piece of fundamental science, but points out that the electrons travel in all directions from the stylus tip and cannot be directed to influence specific atoms. He and his colleagues are working instead on creating and breaking single chemical bonds directly with an atomic force microscope, which is normally used to measure interatomic forces.

Meanwhile, a group led by Damien Riedel of the University of Paris-South in France has reported using an STM to control the rate of motion of a hydrogen atom on a silicon surface. Their method works up to 2.4 nanometres away from the tip

Philip Moriarty de la Universidad de Nottingham, dice que el resultado muestra un aspecto fundamental de la ciencia, pero apunta a que los electrones se mueven en todas las direcciones desde el estilete y no pueden ser dirigidos para influir en átomos específicos. Es por eso que él y sus compañeros trabajan en la creación y rotura de enlaces químicos sencillos de forma directa con un microscopio atómico, que suele utilizarse para medir fuerzas interatómicas.

Mientras tanto, un grupo liderado por Damien Riedel de la Unviersidad de París ha informado de la utilización de un STM para controlar la velocidad de un átomo de hidrógeno en la superficie de silicona. El método funciona desde una distancia 2.4 nanómetros del átomo.

Este artículo ha sido traducido de New Scientist y publicado bajo licencia CC by-sa

Pixeles de color oleosos permitirán ver vídeos en tinta electrónica

Manipulando rápidamente aceites de colores y sobreponiéndolos unos sobre otros, una nueva técnica de electrohumedecimiento (ElectroWetting) podría llevar al desarrollo de dispositivos de tinta electrónica que puedan producir videos en color de alta resolución. Los dispositivosque utilizan el efecto EW podrían tener varias ventajas sobre los e-readers actuales y otros dispositivos de pantalla plana portátiles, la mayoría de los cuales están basados en tecnología electroforética (EPh).

El Dr. Han You y el profesor Andrew Steckl del Laboratorio de Nanoelectrónica de la Universidad de Cincinnati han probado de forma experimental el nuevo dispositivo por primera vez y los resultados se publicaron en un reciente número de la revista Applied Physics Letters.

Las nuevas pantallas EW consisten en pilas verticales de varias capas. Tres capas de aceites rojos, verdes y azules están separadas por dos capas intermedias de agua. Estas capas, junto con otras capas hidrófilas y otras hidrófobas forman una especie de bocadillo con los electrodos. Las capas de aceite coloreado también están divididas en filas alineadas para crear píxeles separados. Los investigadores construyeron dos prototipos de 1000-2000 píxeles, con tamaños de píxel de 200×600 µm2 y 300×900 µm2.

mecanismo

Esquema del mecanismo (ver vídeo). Liquavista.

Para cambiar el color de la pantalla, se aplica una baja tensión a la capa de agua que toca a una de las capas de aceite coloreado, lo que produce el efecto EW. El efecto provoca que el aceite se mueva a un lado y sea reemplazado por agua, lo que permite que el aceite coloreado de debajo pase a ser visible. También se puede crear un fondo blanco aplicando tensión a las tres capas de la pila.

Utilizando una cámara de alta velocidad de 1000 frames por segundo, los investigadores pudieron medir la velocidad de los prototipos. Vieron que se tardaba 10 milisegundos en dejar visible un área de 200×600 µm2. La velocidad de cambio permite que se pueda dar soporte a vídeos, de forma similar a otras pantallas EW y de una forma mucho más rápida que los dispositivos EPh (que tardan 1 segundo). Como Steckl explicó, la pantalla de pila vertical también ofrece una alta resolución y pixeles más pequeños y brillantes en comparación con otros dispositivos.

“Hemos demostrado que la integración vertical (el enfoque de “pila”) de los píxeles EW puede funcionar”, dijo Steckl a Physorg. “Esto ahorra espacio, lo que permite el desarrollo de píxeles más pequeños y una resolución mayor. Por comparación, el enfoque lado a lado convencional utiliza sub-pixeles paralelos para cada color, por tanto el área es tres veces mayor. También, cada pixel necesita un filtro que produzca el color deseado, lo que resulta en una pérdida de brillo y un mayor coste. Sorprendentemente, nuestros resultados iniciales publicados en el artículo también mostraron que los píxeles integrados verticalmente tienen aproximadamente la misma velocidad de cambio que los píxeles EW convencionales”.

Además de las grandes velocidades, las pantallas reflectoras EW son mucho más finos, consumen menos energía y tienen un ángulo más amplio que los EPh. Los investigadores creen que, con estas ventajas y su alta resolución, la estructura de pila vertical ofrece gran potencial para una gran variedad de futuros lectores electrónicos y aplicaciones de panel plano, como comandos táctiles o animaciones.

“Estamos trabajando duro para mejorar el funcionamiento: mejores colores, mayor velocidad, etc.” dijo Steckl. “Creo que los lectores digitales con alta velocidad de vídeo, mucho color y bajo consumo están aún un poco lejos”.

Más información: H. You and A. J. Steckl. “Three-color electrowetting display device for electronic paper.” Applied Physics Letters 97, 023514 (2010).

Vídeo: http://www.liquavista.com/downloads/lqvOverviewPresentation.aspx

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

Un modelo predictivo alerta a los conductores sobre los atascos una hora antes de que se produzcan

La navegación on-board y las aplicaciones móviles pueden decir a los conductores cómo evitar atascos. El problema es que la mayoría de los conductores están ya en la carretera… incluso quizá estén ya en el atasco. Para intentar solucionar esto, IBM está a punto de sacar un sistema al mercado que predecirá el flujo de tráfico hasta con una hora de antelación, dando a los viajeros tiempo suficiente para evitar los problemas.

Durante las pruebas piloto llevadas a cabo en Singapur, las previsiones realizadas en 500 zonas urbanas predijeron el volumen de tráfico entre un 85 y un 93% de las veces y la velocidad de los vehículos entre un 87 y un 95%. Resultados similares se obtuvieron en Finlandia y en la autopista New Jersey Turnpike.

La clave del éxito es el modelado predicitivo, esto es, un software que combina datos en tiempo real provenientes de sensores ubicados en la carretera con dispositivos GPS en los taxis, datos históricos, condiciones de la carretera y previsiones meteorológicas. Cada semana el modelo se recalibra basándose en estadísticas de las últimas seis semanas. Envía consejos a señales ubicadas en la carretera y a los displays de los GPS de los coches. El sistema también predice cuándo una carretera congestionada volverá a la normalidad.

ref:wikipedia

Ref:Wikipedia

IBM ha firmado un contrato con varias administraciones americanas para poder utilizar el sistema completo en sus jurisdicciones, según explicó la portavoz Jenny Hunter. Las zonas en las que estará disponible se anunciarán en poco tiempo. Singapur también estará involucrado y están probando una variación que predirá las llegadas de los autobuses informando a los viajeros que esperen en la parada.

En cada ciudad, se realizarán tareas de optimización para los paneles informativos. Si, por ejemplo, la autopista 1 está congestionada y muchos conductores, en base a los mensajes, cambian a la autopista 2, ésta también se colapsará; los ingenieros personalizarán el modelo para poder determinar si la mejor opción es, por ejemplo, enviar los mensajes a un 25 o a un 40% de los conductores. Debido al alto porcentaje de conductores que actualmente llevan teléfonos móviles, IBM está trabajando con varias compañías telefónicas para poder monitorizar la densidad cambiante del número de teléfonos en las carreteras, lo que podría afinar más las estimaciones. Para proteger la privacidad, la identidad del portador de cada teléfono no se publciará.

La compañía también ha anunciado su intención de desarrollar servicios que pudieran dar a los usuarios información anticipada sobre las diferentes rutas y cuál sería la más rápida de todas, teniendo en cuenta también las condiciones en ese momento. Se enviarían recomendaciones auditivas al navegador de cada vehículo o al teléfono.

Análisis similares se están utilizando también para otros usos. “La belleza del modelo predictivo es que funciona  de manera similar en muchas disciplinas”, dijo Robert Morris, vicepresidente de IBM. Por ejemplo, los laboratorios de la compañía en Haifa, Israel, están probando un programa llamado EuResist que predice el éxito de diferentes cócteles de medicamentos para pacientes de VIH. El software analiza el genotipo VIH de la persona y su salud actual y lo compara con una base de datos en la que están almacenados los resultados de 33.000 pacientes y 98.000 tratamientos a lo largo del tiempo. Aplicaciones parecidas podrían determinar qué tipo de tratamiento de cáncer de mama o próstata podría suponer un mayor beneficio para los pacientes.

IBM también está trabajando con el Departamento de Agua y Residuos de Washington DC para predecir en tiempo real dónde es más problemas que aparezcan los problemas -como qué línea de alcantarillado podría inundarse tras una tormenta. El objetivo es ajusta las válvulas con antelación, en todo el sistema, para minimizar las inundaciones y enviar equipos a los lugares adecuados antes de tiempo. En marzo, IBM abrió su laboratorio de análisis predictivo en Xi’an, China, para ayudar a empresas como el Xi’an City Commercial Bank a anticipar lo que harán sus clientes antes de tiempo.

Este artículo ha sido traducido de Scienctific American y publicado bajo licencia CC by-sa

Leyendo los cerebros de los bebés

Durante los primeros años de la vida de un niño se desarrolla una compleja red de interconexiones neuronales. Comprender cómo estos circuitos se desarrollarn y la forma en la que los bebés piensan podría llevar a nuevas perspectivas en campos como el autismo o el desarrollo del lenguaje. Sin embargo, juntar tanta información es complicado: no se puede pedir a un niño que esté quieto, algo que se necesita para la mayoría de las técnicas de resonancia actuales. Ahora, un sistema que funciona junto con máquinas de resonancia ya existentes tienen en cuenta el movimiento de la cabeza y, por primera vez, permiten que los investigadores vean la actividad del cerebro de un bebé con detalle.

La Magnetoencefalografía (MEG), una tecnología utilizada para estudiar las funciones cerebrales y señalar las regiones del cerebro con algún problema, se basa en los débiles campos magnéticos creados cuando un conjunto de neuronas se enciende a la vez. Un casco, similar a los secadores de las peluquerías, con 306 sensores cubre la cabeza del sujeto y detecta dónde están apareciendo los pulsos magnéticos. Al contrario que las máquinas de resonancia magnética (MRI) –que sólo muestran fotos de los datos y necesitan que la gente esté echada dentro de un túnel ruidoso y estrecho mientras se les somete a un campo magnético enorme– el MEG es muy silencioso y abierto, permitiendo así a los individuos interactuar con sus alrededores. Los datos resultantes pueden mostrar a los investigadores en tiempo real las partes del cerebro en las que ocurre la actividad.

Bebe

Bebe con el casco que envía señales a la máquina. Technology Review.

La utilización de la tecnología en niños y jóvenes ha estado limitado porque suelen tener que estar sedados para quedarse quietos el tiempo necesario para que las máquinas de MEG tradicionales recopilen los datos. “El enemigo de cualquier clase de procesamiento de imágenes, especialmente las del cerebro, es el movimiento”, dijo Sylvain Baillet, director del programa MEG del Medical College of Wisconsin. “Es similar a intentar tomar una foto de un niño que no se para quieto moviendo la cámara con una pequeña apertura –la imagen se verá borrosa”.

Para poder estudiar a los bebés cuando están despiertos, unos investigadores del I-LABS de la Universidad de Washington trabajaron junto con la compañía de dispositivos médicos Elekta para crear un sistema que se situase en la cabeza muy similar a un GPS. Los científicos ajustan una suave gorra de nylon a la cabeza del bebé. La gorra tiene cuatro espirales, cada una de las cuales emite a frecuencia muy alta indicando su posición relativa en todo momento. A la vez que el hardware localiza el movimiento de la cabeza, el software interpreta los resultados y los une con los datos provenientes del sensor.

“Por primera vez, podemos poner bebés y niños pequeños en este dispositivo mientras se les somete a un test cognitivo”, dijo la codirectora de I-LABS Patricia Kuhl. “Luego, como estás viendo el cerebro al completo, tienes la posibilidad de observar las interacciones en diferentes áreas”. Algunas cosas estimulan las neuronas en una sola región, mientras que otras dan lugar a respuestas neuronales más complejas en diferentes regiones del cerebro –en niños, la distinción es especialmente importante para comprender procesos como la adquisición de lenguaje y para diagnosticar potencialmente el autismo y otras condiciones.

Hasta ahora, Kuhl y sus compañeros ya han visto diferencias en la activación cerebral de niños que escuchan a alguien hablarles in situ con respecto a los que escuchan a alguien decir lo mismo pero a través de la televisión. “Una vez que conozcamos cuál es la diferencia entre escucharlo en vivo y a través de la televisión, queremos hacer las mismas mediciones en niños con autismo”, dijo Kuhl. “Seguramente estarán más enganchados a la televisión”.

Utilizando una tecnología menos exacta llamada electroenfalografía (EEG), su grupo había encontrado previamente que los niños suelen responder a una voz de madre clásica, mientras que los niños con autismo están mucho más interesados cuando esos mismos tonos son reproducidos en un ordenador. Ahora estos estudios pueden ser llevados a cabo con mucho más detalle con el MEG para comprender mejor las áreas del cerebro involucradas en el proceso. “Las mediciones en el cerebro serán biomarcadores del autismo muy potentes”, dijo Kuhl. Un diagnóstico temprano, antes de que los primeros síntomas visibles aparezcan, puede dar lugar a intervenciones más rápidas.

“Nadie ha hecho MEG a jóvenes de una forma sistemática antes”, dijo Steven Stufflebeam, director de la magnetoencefalografía clínica del Centro Martinos del Hospital General de Massachussetts. “Si lo consiguen, puede que descubran algo completamente nuevo que revolucionaría la neurociencia infantil. Pero es un poco difícil predecir lo que se encontrarán”.

Este artículo ha sido traducido de Technology Review y publicado bajo licencia CC by-sa