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Utilidad múltiple del grafeno

 
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grafeno10 de enero de 2011

• Es el material más duro y delgado jamás hallado y el mejor conductor de electricidad y calor, dijo Gerardo García Naumis, del Instituto de Física de la UNAM
• Se podrán fabricar aparatos electrónicos innovadores, transistores más eficientes, procesadores más veloces, nuevos paneles de luz, además de otros productos fuertes, elásticos y translúcidos

De la punta de un lápiz se puede obtener algo nunca antes visto para la física teórica, un nuevo material de sólo dos dimensiones, con propiedades asombrosas: el grafeno.

En 2004, los físicos Andre Geim y Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester, Inglaterra, obtuvieron en laboratorio capas de grafeno a partir de un experimento que consistió en despegar repetidas veces una cinta adhesiva doblada e impregnada de hojuelas de grafito.

Seis años después, los científicos rusos ganaron el premio Nobel en Física por sus aportaciones a la ciencia básica relacionadas con las propiedades de ese cristal de carbono bidimensional (algo que no podía existir) y con sus posibles aplicaciones tecnológicas.

“Los experimentos realizados con el grafeno suponen un punto de inflexión en los fenómenos de la física cuántica”, dijo el comité de los premios Nobel.

“El grafeno es el material más duro y delgado jamás hallado (es un millón de veces menos grueso que una hoja de papel); es también el mejor conductor de electricidad y de calor; además, tiene propiedades ópticas interesantes”, aseguró Gerardo García Naumis, quien encabeza un equipo de investigadores dedicado a su estudio teórico en el Instituto de Física (IF) de la UNAM.

Con el grafeno se podrán fabricar, en un futuro próximo, aparatos electrónicos innovadores, transistores más eficientes que los actuales de silicio, procesadores más veloces, nuevos paneles de luz, celdas solares, además de otros productos y componentes fuertes y, al mismo tiempo, delgados, elásticos y translúcidos. Además, mezclado con plásticos será un conductor de electricidad resistente al calor.

Transistores de grafeno

El grafeno es una lámina formada por átomos de carbono dispuestos en los vértices de una red hexagonal que se parece a un panal de abejas; es como una autopista, donde la movilidad electrónica es 10 veces mayor que en los mejores materiales conductores, lo que permite que los electrones conduzcan la electricidad con mucha más rapidez.

Con esa cualidad, se podrán sustituir los transistores de silicio, que ya no se pueden hacer más pequeños sin correr el riesgo de degradarse rápidamente y generar calor en extremo; con los de grafeno se podrán elaborar procesadores de computadoras más veloces y ahorradores de energía.

El primer trabajo de García Naumis sobre el grafeno, publicado en 2006, es una predicción teórica para resolver el problema que implica construir transistores con ese material.

“En el grafeno es difícil ‘detener’ los electrones, y en un transistor, éstos tienen que ser controlados con una especie de llave, que a veces hay que cerrar y abrir, de manera que se puedan hacer unos y ceros, como si fueran pulsos de corriente”, indicó.

Entonces, propuso dopar el grafeno con una cierta concentración de átomos ligeros (de hidrógeno y litio, por ejemplo) para generar un material semiconductor, en el que sí se pueda controlar el flujo de electrones.

En 2009, un grupo de investigación de la Universidad de California, en Estados Unidos, demostró que los cálculos de esa propuesta son correctos y que sí se pueden hacer transistores de grafeno.

Este trabajo sobre el dopaje del grafeno fue incluido en el Virtual Journal of Nanotecnology, que cada mes publica los mejores artículos en la materia a nivel mundial.

Predicción teórica

Otra alternativa para controlar los electrones de carbono es la irradiación del grafeno con ondas electromagnéticas, sean de radio o de luz. Mediante este proceso, los electrones adquieren una “masa efectiva” y, por lo tanto, se genera una fuerte respuesta no lineal.

“Pronosticamos que si el sistema es perturbado con una frecuencia dada, genera lo que se llaman armónicos, es decir, responde con el doble o el triple de frecuencia. Por este efecto no lineal, el grafeno podría trabajar a frecuencias mucho más altas de las esperadas, operar a velocidades más rápidas de reloj”, explicó.

Esta solución para controlar los electrones, postulada con base en un enfoque cuántico relativista por García Naumis y su alumno de doctorado Francisco López Rodríguez fue comprobada por investigadores de la Universidad de Massachusetts, EU.

Una vez publicada por la editorial inglesa Francis & Taylor, la solución fue incluida en el Philosophical Magazine y seleccionada como uno de los siete artículos científicos más importantes relacionados con el premio Nobel de Física 2010.

“Como somos teóricos, hicimos una predicción para controlar los electrones del grafeno por medio de la introducción de impurezas y establecimos una primera ecuación que nos permite obtener la respuesta de esos electrones con campos electromagnéticos. La solución de esta ecuación tiene utilidad práctica: con ella es posible diseñar transistores de ese material, así como estudiar fenómenos a nivel cuántico relativista”, añadió el investigador universitario.

Analogía

“Visto al microscopio, el grafeno es como una sábana arrugada: plano, con ligeras ondulaciones, como suponía la física teórica que debería ser un cristal bidimensional”.

En la actualidad, García Naumis estudia qué sucede a los electrones cuando “sienten” esas ondulaciones, lo que es equivalente a considerar partículas en un espacio curvo.

Para lograr una descripción del movimiento de los electrones en el grafeno, en el marco de la gravedad cuántica relativista, el investigador trabaja en una analogía en colaboración con el cosmólogo Richard Kerner, de la Universidad de París, Francia.

Un resultado preliminar del proyecto fueron algunas ecuaciones que describen los electrones en ese espacio curvo, parecidas a las ecuaciones relativistas.

“Aún hay que explorar más en esa analogía; quizás podría dar pistas que ayuden a relacionar la mecánica cuántica relativista con la gravedad, algo que no alcanzó a hacer Albert Einstein”. Esto, en principio, a partir de un material que puede desprenderse de la punta de un lápiz, concluyó.

Créditos: UNAM-DGCS-020-2011/unam.mx

El Instituto de Física de la BUAP, uno de los mejores centros de investigación de América Latina

 
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31 de agosto de 2010

Desde su fundación hasta hoy en día, el Instituto de Física “Ingeniero Luis Rivera Terrazas” de la BUAP, ha marcado pautas en la Universidad y se ha convertido en uno de los mejores centros de investigación en el país coincidieron académicos al participar en una mesa redonda donde se analizó la trayectoria que a lo largo de dos décadas ha tenido.

El Doctor José Luis Carrillo Estrada, investigador de esta dependencia, señalo que hacer una reflexión sobre su pasado y presente permitirá plantear nuevos proyectos para fortalecer su futuro y recordó que en sus inicios el Instituto de Física vivió una etapa política complicada, y hoy gracias al esfuerzo de quienes han pasado por éste hoy es uno de los mejores centros de investigación de América Latina.

El Doctor Pedro Hugo Hernández Tejeda, Titular de la Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado de la BUAP, planteó que el IFUAP es “una concepción de la Universidad, una idea que tiene como antecedente la creación de muchas cosas”.

“En aquel entonces el hecho de fundar un Instituto de Física era imponerse a un pensamiento conservador, acción que emprendió el Ingeniero Luis Rivera Terrazas, quien además era comunista”, expresó.

“Su fundación fue producto de esta convulsión que existía por la necesidad de crear espacios para hacer investigación, por lo que la BUAP se convirtió en un ente académico y científico para llegar a una institución moderna”, enfatizó Hernández Tejeda.

El Doctor Hugo Navarro, ex académico del IFUAP y actual investigador de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, manifestó que la labor de los investigadores fue el actor que impulsó el cómo se debía estudiar a la ciencia, “una cosmovisión seria para empezar a estudiarla y defenderla, ya que existía una diversificación de la investigación”.

Añadió que todas esas iniciativas rindieron fruto y ahora se aprecian en la infraestructura que posee, en los trabajos académicos y de divulgación, “y por supuesto en la calidad de sus estudiantes, esfuerzos que deben continuar para mejorar”.

Por su parte, el Doctor Elías López Cruz, habló acerca de su incorporación al entonces Departamento de Física del Instituto de Ciencias e hizo una breve reseña de sus avances y logros.

Al finalizar la mesa redonda, se efectuó la develación de una placa que conmemoró el XX Aniversario del Instituto de Física “Ingeniero Luis Rivera Terrazas” y un se realizó un brindis para festejarlo.

Créditos: BUAP/Comunicación Institucional/buap.mx

REALIZA BUAP XX JORNADAS DE DIVULGACIÓN DE LA CIENCIA

 
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Como un homenaje a la memoria del Ingeniero Luis Rivera Terrazas, hombre importante en la historia tanto de la Universidad como de la sociedad, el Instituto de Física de la BUAP realizó las XX Jornadas de Divulgación de la Ciencia, en las instalaciones de dicha unidad académica.

El doctor José Ramón Eguibar Cuenca, Secretario General, consideró s primordial para los jóvenes el conocer a tan destacado personaje, que fue un factor significativo de cambio, “si hoy existe un Instituto como éste, se debe a la visión que tuvo en los años 70’s, de lo que debería ser la universidad mexicana y particularmente la de provincia”.

Sobre todo, trató que los jóvenes vieran a la ciencia como un camino de vida, “esa semilla que sembró ha permitido que la BUAP tenga un lugar destacado en el ámbito nacional, en cuanto a investigación se refiere”, agregó.

El Director del IFUAP, doctor Juan Francisco Rivas Silva, mencionó que Rivera Terrazas fundó escuelas importantes, por tal motivo “nosotros hacemos el esfuerzo de mantener sus enseñanzas, para que prevalezcan en las actuales y futuras generaciones”.

Indicó que la capacidad científica no únicamente se queda en los cubículos, sino que se debe comunicar a la sociedad -en términos más sencillos pero correctos-, las ideas y conceptos que se derivan de las fórmulas para que se utilicen en su beneficio.

Durante la primera conferencia titulada Fisiología Auditiva Comparada, el doctor Salvador Galicia Isasmendi, Profesor Investigador de la Escuela de Biología de la BUAP, presentó las diferencias entre el oído humano y otros sistemas.

Señaló que los anfibios tienen tres órganos auditivos, en cambio, los peces no tienen éstos órganos, pero si perciben el sonido gracias a la percepción de vibraciones. Las aves y reptiles utilizan la sintonía micromecánica y eléctrica, y los mamíferos sistemas extrínsecos de sintonía.

Por su parte el doctor Olegario Alarcón Waess, encargado del Departamento de Actuaría de la UDLAP, impartió la ponencia Física en la Biología: Cristales coloidales en la materia orgánica, planteando cuáles son los tipos de problemas que se presentan en la naturaleza, qué es la biología y cómo se interpreta, y el papel del físico en el estudio de los cristales coloidales.

Las Jornadas de Divulgación de la Ciencia, están dedicadas a estudiantes de secundaria, preparatoria y los primeros semestres de las licenciaturas de Física, Matemáticas, Ingenierías y carreras afines, así como al público interesado.

Créditos: Comunicación Institucional BUAP (buap.mx)

Sabersinfin.com