nuevos materiales para el transporte de las telecomunicacion

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¿QUÉ SON LAS TELECOMUNICACIONES?
La telecomunicación («comunicación a distancia», del prefijo griego tele, "distancia" y del latín communicare) es una técnica consistente en transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con el atributo típico adicional de ser bidireccional. El término telecomunicación cubre todas las formas de comunicación a distancia, incluyendo radio, telegrafía, televisión, telefonía, transmisión de datos e interconexión de computadoras a nivel de enlace.
Telecomunicaciones, es toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, datos, imágenes, voz, sonidos o información de cualquier naturaleza que se efectúa a través de cables, radioelectricidad, medios ópticos, físicos u otros sistemas electromagnéticos.
MATERIALES EN EL TRANSPORTE DE LAS TELECOMUNICACIONES
1. VIDRIOS DE OXIFLUORUROS
Los vidrios de oxifluoruros contienen nanocristales (cristales de tamaño nanométrico, es decir, de la millonésima parte de un milímetro). En ellos se introducen iones como el Erbio o el Holmio que presentan emisión infrarroja en longitudes de onda donde las fibras ópticas de óxido de silicio tienen bajas pérdidas.
Los vidrios de oxifluoruros basados en nanocristales de LaF3 dopados con iones lantánidos y dispersos en una matriz vítrea de sílice, se muestran como materiales ideales para aplicaciones en dispositivos fotónicos debido a su baja energía fonónica que mejora las propiedades luminiscentes.
Por otro lado, para una amplia variedad de aplicaciones en dispositivos de iluminación, la sintonización del color emitido aparece como herramienta para aplicaciones en dispositivos fotónicos como láseres de estado sólido y memorias ópticas tridimensionales basadas en escritura láser.

Fabricación de los vidrios Oxi-Fluoruros

El proceso de fabricación de los vidrios se describirá a continuación:
a) Primero, fueron pesados los diferentes reactivos utilizando una balanza digital Mettler Toledo AB204. Los compuestos óxidos, excepto el P2O5, fueron sometidos al proceso de fluoración, antes de la fusión. Es decir, fueron mezclados con Bifluoruro de amonio (NH4FHF) en una proporción 1:2, el cual genera una atmósfera enriquecida en flúor.
b) La reacción se llevó a cabo en un horno ubicado en el interior de una cámara extractora C 120 X STANDARD, para evitar el contacto con las emanaciones producto de la reacción a temperaturas entre 250º C y 450º C.
c) Seguidamente, todos los reactivos fueron mezclados, homogeneizados e introducidos en un crisol de platino totalmente seco y limpio, el cual fue llevado a un horno de fusión ubicado en el interior de una cámara seca en condiciones de vacío, y posteriormente con atmósfera de argón. El crisol permaneció durante 1 hora en cada una de las siguientes temperaturas: 650ºC, 750ºC y 850ºC, para un total de 3 horas en el proceso de fusión de los reactivos.
d) Finalmente, el material fundido fue vertido en un molde precalentado a 290º C, e introducido en una mufla para el proceso de recocido y enfriado lento a una tasa de 50C/min durante varias horas. Para eliminar las imperfecciones de transparencia de las muestras obtenidas, fueron sometidas a un proceso de pulido utilizando una pulidora.


2. MATERIALES FERROELECTRICOS
Los ferroeléctricos están emergiendo como materiales claves para fabricar memorias no-volátiles, se destaca especialmente la aplicación masiva en dispositivos móviles, tal como el pendrive. Los materiales ferroeléctricos poseen dos estados bases termodinámicamente equivalentes, los cuales poseen polarización iónica opuesta que puede ser cambiada de un estado al otro por medio de un campo eléctrico externo.
La ferroelectricidad de un material depende de la estructura cristalina y de la temperatura. Por ejemplo, un material en particular (titanato de bario BaTiO3) estará en la fase ferroeléctrica (fase tetragonal) si el rango de temperatura es de 0 a 120†C y estará en la fase paraeléctrica (fase cúbica) si el rango de temperaturas es mayor a 120†C.
Se sabe que la ferroelectricidad es un fenómeno cooperativo de dipolos interactuantes, la cual es detectada a través de mediciones eléctricas. La medición eléctrica clave a un material ferroeléctrico es la obtención de su curva de histéresis.

La polarización no puede ser medida directamente a partir de mediciones de carga, debido a que el material podría tener eventualmente una polarización neta igual a cero o carga neta igual a cero, que es un estado de mínima energía libre al cual siempre tiende este tipo de materiales. Por tanto, se tiene que aplicar campos eléctricos externos para medir esta propiedad.
Los ferroeléctricos presentan una polarización neta sin tener un campo eléctrico externo aplicado, es por eso que estos materiales pueden retener información digital sin fuentes externas, la aplicación más importante es en memorias móviles tipo pendrive.
Se encuentra ferroelectricidad en un sinnúmero de materiales, aún en polímetros, pero solamente unos pocos materiales están siendo investigados con respecto a la disminución del tamaño para la integración en memorias no-volátiles de alta densidad para compatibilizar los voltajes de operación de computadores móviles o pc’s.
Un parámetro a estudiar aún no explorado es la morfología de los ferroeléctricos, lo que significa que si estos materiales se fabrican tipo alambres o tubos, la ferroelectricidad podría confinarse en la dirección axial o perpendicular al alambre o tubo. Una aplicación importante que se ha pensado sobre memorias ferroeléctricas de alta densidad (Gbits) sería fabricar computadores con disco duros enteramente de memorias ferroeléctricas, de tal modo que al apagarlos conserve su trabajo cual lo dejó, debido a que no habrá pérdida de información por corte de energía. Pero esto todavía no es una realidad.
¿Qué Materiales Ferroeléctricos existen?
Estos materiales comúnmente son cerámicas y entre ellos están:
Formula Abreviación Nombre
1) (Sr,Ba)TiO3 SBT Titanato de Bario Estroncio
2) Pb(Zr,Ti)O3 PZT Titanato Zirconato de plomo
3) BaTiO3 BTO Titanato de Bario
4) Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 PLZT Titanato Zirconato de Plomo Lantamio
5) Bi4Ti3O12 BiT Titanato de Bismuto
Todos estos materiales son sintéticos y tienen dos propiedades importantes: piezoelectricidad y ferrrolectricidad. Muchos de los ferroeléctricos son también piezoeléctricos. Esta propiedad de piezoelectricidad se refiere a la aparición de un voltaje eléctrico debido a que el material realiza un esfuerzo mecánico.

El titanato de bario es el mas popular porque fue el primer compuesto sintetizado, tienen propiedades que lo hacen merecedor del puesto que tienen pero finalmente los compuesto usados para las memorias ferroeléctricas son PZT SBT, BiT, y otros. Cuando se fabricaron los prototipos estos compuestos fueron los que tenían mejor confiabilidad en la práctica que el titanato de Bario.
La mayoría de los ferros eléctricos están en estado sólido, son materiales tipo cerámico. Pero hay excepciones, se ha encontrado ferroelectricidad en sistemas biológicos.
¿En qué otros dispositivos se utilizan?
Los ferroeléctricos tienen su aplicación más importante en la microelectrónica, como memorias no-volátiles. Sin desconocer que tienen otras propiedades que los hacen importantes: ópticas, electroópticas, piroeléctricas. Los materiales electroópticos sirven como interruptores de alta velocidad para cerrar y abrir el paso de ondas electromagnéticas en fibras ópticas, donde responden a una ultra alta velocidad.
¿Cuál es su ventaja comparativa?
Los pendrives son resistentes a la radiación, no se perderá información si son puestos cerca de un gran transformador o línea de transmisión de energía eléctrica u otras fuentes de radiación como rayos X. En otras palabras, las memorias ferroeléctricas están diseñadas para computadores que formen partes de misiones espaciales, que si la nave pasa por zonas de fuertes radiaciones, las computadoras no perderán información. Los materiales ferroeléctricos han probado su resistencia a las altas radiaciones. Es la ventaja comparativa mas importante que poseen.
La ferroelectricidad es el poder retener información, es decir, retener los bits dejados en una memoria sin tener una fuente externa. Un computador actual se apaga y pierde todo lo que hay en la memoria RAM, en cambio el pendrive conserva la información a pesar de no recibir energía eléctrica de una pila u otro elemento.
El avance en materiales ferroeléctricos abriría un nuevo camino para la industria electrónica
Un dispositivo creado por ingenieros e investigadores estadounidenses habría logrado delimitar las potencialidades de los materiales ferroeléctricos en su aplicación en el terreno informático. Con ellos se lograría disminuir el consumo de energía y reducir las dimensiones de muchos aparatos electrónicos, optimizando el funcionamiento de sus sistemas de almacenamiento de datos.



Los materiales ferroeléctricos tendrían un amplio campo de acción en nanoelectrónica. Foto: Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.
Podría provocar que los aparatos electrónicos fueran de aquí a unos años aún más pequeños, más rápidos, más potentes y que consuman menos energía. Sin duda, esto provocaría el surgimiento de una nueva etapa en la historia de la industria electrónica.
Los materiales ferroeléctricos son sometidos a distintos procesos que permiten conservar su polarización electrostática, para que de esta manera pueden emplearse para aplicaciones de memoria informática o dispositivos de RFID (identificación por radio frecuencia).
Los responsables de la investigación explican que se habilita una “entrada” en la superficie polar del material para el ingreso de los electrones, una “puerta” cuyas dimensiones son menores a una millonésima de pulgada, contando a su vez solamente con una milmillonésima de segundo para ingresar. Medidas de espacio y tiempo que resultan inentendibles para nosotros, todavía alejados de la realidad de las nanoescalas.
Entre otros beneficios, estos desarrollos permitirían reducir en gran medida la energía necesaria para la grabación y lectura de información, un requisito clave para cualquier tecnología de memoria informática viable. Los materiales ferroeléctricos encarados en el marco de esta investigación superan todas esas limitaciones y ofrecen una funcionalidad sin precedentes.
Desarrollos aún inimaginables
Por ejemplo, las aplicaciones en memorias ferroeléctricas de alta densidad (Gbits) y la espintrónica son algunas de las áreas en las que los materiales ferroeléctricos podrían cumplir un papel importante a partir de ahora. La espintrónica, también conocida como magnetoelectrónica, es una nueva tecnología que busca desarrollar tanto la carga del electrón como su espín.

Los autores de este trabajo están convencidos que el uso de materiales ferroeléctricos para aplicar al campo de la memoria informática marcará con gran fuerza el futuro de las tecnologías de la información. La investigación ha logrado concretar un instrumento capaz de medir simultáneamente la polaridad y las propiedades de los materiales ferroeléctricos a una escala nanométrica.

3. GRAFENO
El Grafeno: Denominado como “el material del futuro”, es un derivado del grafito, de bajo coste, flexible, transparente y de gran conductividad. El descubrimiento del grafeno significó el Premio Nobel de Física 2010 para Andre Geim y Kostya Novoselov. El grafeno puede ser utilizado en procesadores, pantallas táctiles, celulares y paneles solares. Es hasta 10 veces más rápido que el silicio, un excelente conductor y permite enrollarse y plegarse. Se espera en el 2011 su producción a gran escala.
El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp² de los carbonos enlazados.
La hibridación sp2 es la que mejor explica los ángulos de enlace, a 120°, de la estructura hexagonal. Como cada uno de los carbonos tiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojarán en los híbridos sp2, formando el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura y el electrón sobrante, se alojará en un orbital atómico de tipo p perpendicular al plano de los híbridos. La solapación lateral de dichos orbitales es lo que daría lugar a la formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones, entre otras, darían lugar a un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.
El nombre proviene de GRAFITO + ENO. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse como una pila de un gran número de láminas de grafeno superpuestas. Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se debe a fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales de los átomos de carbono.


Estructura cristalina del grafito en la que se observan las interacciones entre las distintas capas de anillos aromáticos condensados.
En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 1,42 Å. Es el componente estructural básico de todos los demás elementos grafíticos incluyendo el grafito, los nanotubos de carbono y los fulerenos. Esta estructura también se puede considerar como una molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones del espacio, es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos llamada grafenos.

Descripción del grafeno
El grafeno perfecto se constituye exclusivamente de celdas hexagonales; las celdas pentagonales o heptagonales son defectos. Ante la presencia de una celda pentagonal aislada, el plano se arruga en forma cónica; la presencia de 12 pentágonos crearía un fulereno. De la misma forma, la inserción de un heptágono le daría forma de silla. Los nanotubos de carbono de pared única son cilindros de grafeno.
El compendio tecnológico de la IUPAC establece: "anteriormente, se han utilizado para el término grafeno descripciones como capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono... no es correcto utilizar, para una sola capa, un término que incluya el término grafito, que implica una estructura tridimensional. El término grafeno debe ser usado sólo cuando se trata de las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales". En este sentido, el grafeno ha sido definido como un hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de sólo seis átomos de carbono. La molécula más grande de este tipo se constituye de 222 átomos; 10 anillos de benceno.
Propiedades
Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:
• Algunos científicos de la Universidad de Ilinois en Michigan aseguran que tiene propiedades de autoenfriamiento.
• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Alta elasticidad y dureza.
• Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
• El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
• Soporta la radiación ionizante.
• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
• Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.
• Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes:
• Los electrones que se trasladan sobre el grafeno se comportan como cuasipartículas sin masa. Son los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
• El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).
• Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas).
• Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de helio, cuyos átomos son los más pequeños que existen (sin combinar en estado gaseoso) puede atravesarlo.
Aplicación en electrónica
El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos integrados. El grafeno tiene una alta movilidad de portadores, así como un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material, en el substrato adecuado. Los investigadores están buscando métodos como la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio - SiC). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores operando a frecuencias de 26GHz. En febrero del 2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzaba los 100 GHz.
En abril del 2011 se alcanzaron los 150 GHz
Las publicaciones especializadas bullen con artículos que presentan a esta estructura de carbono como la Panacea universal en la tecnología y el reemplazo de dispositivos de Silicio por Grafeno.


4. EL LÁSER

Un haz de láser en el aire viajando cerca del 99,97% de la velocidad de la luz en el vacío (el índice de refracción del aire es alrededor de 1,0003).
Un láser (de la sigla inglesa LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.

Procesos


Componentes principales:
1. Medio activo para la formación del láser
2. Energía bombeada para el láser
3. Espejo reflectante al 100%
4. Espejo reflectante al 99%
5. Emisión del rayo láser
Los láseres constan de un medio activo capaz de generar el láser. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.
Puede ser eléctrico u óptico, mediante tubos de flash o luz. Bombeo === Se provoca mediante una fuente de radiación como puede ser una lámpara, el paso de una corriente eléctrica, o el uso de cualquier otro tipo de fuente energética que provoque una emisión. En el láser el bombeo
Resonador óptico
Está compuesto por dos espejos que logran la amplificación y a su vez crean la luz laser. Dos tipos de resonadores: Resonador estable, emite un único haz laser, y Resonador Inestable, emite varios haces.
Emisión estimulada de radiación
La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma, sino que también "amplifica" la emisión de luz, ya que por cada fotón que incide sobre un átomo excitado se genera otro fotón.
Absorción
Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita a un estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.

Clasificación de láseres según UNE EN 60825-1 /A2-2002
Según la peligrosidad de los láseres y en función del Límite de Emisión Accesible (LEA) se pueden clasificar los láseres en las siguientes categorías de riesgo:
• Clase 1 Seguros en condiciones razonables de utilización.
• Clase 1M Como la Clase 1, pero no seguros cuando se miran a través de instrumentos ópticos como lupas o binoculares.
• Clase 2 Láseres visibles (400 a 700 nm). Los reflejos de aversión protegen el ojo aunque se utilicen con instrumentos ópticos.
• Clase 2M Como la Clase 2, pero no seguros cuando se utilizan instrumentos ópticos.
• Clase 3R Láseres cuya visión directa es potencialmente peligrosa pero el riesgo es menor y necesitan menos requisitos de fabricación y medidas de control que la Clase 3B.
• Clase 3B La visión directa del haz es siempre peligrosa, mientras que la reflexión difusa es normalmente segura.
• Clase 4 La exposición directa de ojos y piel siempre es peligrosa y la reflexión difusa normalmente también. Pueden originar incendios.
Aplicaciones
En muchas aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas, como la coherencia, la monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas.
El rayo láser se emplea en el proceso de fabricación de grabar o marcar metales, plásticos y vidrio. Otros usos de este son:
• Diodos láser, usados en punteros láser, impresoras laser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD;
• Láser de punto cuántico
• Láser de helio-neón
• Láser de dióxido de carbono - usado en industria para corte y soldado
• Láser excimer, que produce luz ultravioleta y se utiliza en la fabricación de semiconductores y en la cirugía ocular Lasik;
• Láser neodimio-YAG, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja; se utiliza para cortar, soldar y marcar metales y otros materiales.
• YAG dopado con erbio, 1645 nm
• YAG dopado con tulio, 2015 nm
• YAG dopado con holmio, 2090 nm, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja, es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de humedad en secciones de menos de un milímetro de espesor. Generalmente opera en modo pulsante y pasa a través de dispositivos quirúrgicos de fibra óptica. Se utiliza para quitar manchas de los dientes, vaporizar tumores cancerígenos y deshacer cálculos renales y vesiculares.
• Láser de Zafiro dopado con Titanio, es un láser infrarrojo fácilmente sintonizable que se utiliza en espectroscopía.
• Láser de fibra dopada con erbio, un tipo de láser formado de una fibra óptica especialmente fabricada, que se utiliza como amplificador para comunicaciones ópticas.
• Láser de colorante, formados por un colorante orgánico operan en el UV-VIS de modo pulsado, usados en espectroscopia por su fácil sintonización y su bajo precio.
¿PARA QUÉ SIRVEN LOS LÁSERES?
En las Comunicaciones:
La luz de un láser puede viajar largas distancias por el espacio exterior con una pequeña reducción de la intensidad de la señal. Debido a su alta frecuencia, la luz láser puede transportar, por ejemplo, 1.000 veces más canales de televisión de lo que transportan las microondas. Por ello, los láseres resultan ideales para las comunicaciones espaciales. Se han desarrollado fibras ópticas de baja pérdida que transmiten luz láser para la comunicación terrestre, en sistemas telefónicos y redes de computadoras. También se han empleado técnicas láser para registrar información con una densidad muy alta. Por ejemplo, la luz láser simplifica el registro de un holograma, a partir del cual puede reconstruirse una imagen tridimensional mediante un rayo láser.
Láser de punto cuántico
Es un láser semiconductor que usa puntos cuánticos como el medio activo en su región de emisión de luz. Debido al apretado confinamiento de los portadores de carga en los puntos cuánticos, exhiben una estructura electrónica similar a la de los átomos. Los láseres fabricados con medios tan activos exhiben un comportamiento bastante cercano a los láseres de gas, pero no presentan algunos de los inconvenientes asociados a los tradicionales láseres de semiconductores basados en medios activos sólidos o de pozo cuántico. Se han observado mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y estabilidad con la temperatura. La región activa del punto cuántico puede diseñarse para operar con diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la composición del punto cuántico. Esto permite que este tipo de láser pueda fabricarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la tecnología de láser semiconductor actual.
Un tipo de láser semiconductor que como medio activo en su región de emisión de luz usa puntos cuánticos. Estos exhiben una estructura electrónica similar a la de los átomos.
Los láseres basados en medios tan activos tienen un comportamiento parecido a los láseres de gas y no presentan algunos de los inconvenientes de los láseres de semiconductores tradicionales. Se obtienen mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y estabilidad con la temperatura.
Este tipo de láser puede utilizarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la tecnología de láser semiconductor actual. Encontrándose aplicaciones en medicina (bisturí láser, tomografía de coherencia óptica), tecnologías de exhibición de imágenes (proyección, TV láser), espectroscopía y telecomunicaciones.
Recientemente, los dispositivos basados en medios activos de punto cuántico están encontrando aplicaciones comerciales en la medicina (bisturí láser, tomografía de coherencia óptica), tecnologías de exhibición de imágenes (proyección, TV láser), espectroscopía y telecomunicaciones. Con esta tecnología, se ha desarrollado un láser de punto cuántico de hasta 10 Gbit/s para uso en comunicaciones ópticas de datos y redes ópticas que es insensible a la fluctuación de temperatura. El láser es capaz de operar a alta velocidad en longitudes de onda de 1.3 μm, en un rango de temperaturas de entre 20 °C y 70 °C. Trabaja en sistemas ópticos de transmisión de datos, LANs ópticos y sistemas de Red de Área Metropolitana. En comparación al desempeño de los láseres de pozo cuántico tensado convencionales del pasado, el nuevo láser de punto cuántico alcanza una estabilidad ante la temperatura perceptiblemente más alta

5. PENTACENO
La molécula es el pentaceno (C22H14), consistente en cinco anillos de benceno enlazados formando una cadena aromática, que es candidato a ser utilizada en nuevos semiconductores orgánicos La molécula de pentaceno (C22H14), consistente en cinco anillos de benceno enlazados formando una cadena aromática, que es candidato a ser utilizada en nuevos semiconductores orgánicos.
Estructura interna de una molécula de pentaceno, de 1,4 nanómetros de longitud. Abajo, modelo de la misma (los átomos grises son de carbono y los blancos de hidrógeno).

IMPORTANCIA:
Se utilizó el penteno en la Creación el primer transistor orgánico que imita el funcionamiento de las neuronas
El pentaceno es un avance significativo en el desarrollo de la electrónica molecular. Sin duda, un paso más para aumentar las prestaciones de dispositivos electrónicos como ordenadores o teléfonos móviles.
La gran innovación de este nuevo transistor, al que han bautizado como NOMFET (Nanoparticle Organic Memory Field-Effect Transistor), consiste en la combinación de un transistor orgánico, basado en moléculas de pentaceno, con nanopartículas de oro.
Inicia una nueva generación de ordenadores "neuro-inspirados", que serán capaces de responder de una manera similar a la del sistema nervioso humano.

Ahora un equipo internacional de investigadores del National Institute of Information and Comunication Technology de Japón y Michigan han diseñado un circuito de "ciberneuronas" que trabajan a la vez. Al contrario que como hacen nuestros ordenadores, por fases.
Son capaces de evolucionar continuamente para resolver problemas sencillos (que los ordenadores convencionales no pueden realizar), del mismo modo que las neuronas del cerebro humano.


Estos ordenadores son ORGÁNICOS ya que están compuestos por nitrógeno, oxígeno, cloro y carbono; que se colocan en dos capas sobre otra de oro recubierto de pentaceno, posee una propiedad especial que le permite simular la comunicación entre dos neuronas. Esta particularidad consiste en un "efecto memoria", es el que hace que la neurona sea capaz de aprender a asociar la señal que recibe con lo que debe hacer.
Este nuevo transistor orgánico (mezcla entre oro y pentaceno) inicia una nueva generación de ordenadores "neuro-inspirados", que serán capaces de responder de una manera similar a la del sistema nervioso humano
En agosto del 2009, científicos del laboratorio de IBM de Zúrich lograron visualizar por primera vez la imagen completa de los átomos del pentaceno, un tipo de compuesto orgánico, con el que meses más tarde se consiguió crear este nuevo transistor.
Las nanopartículas de oro, recubiertas con pentaceno, poseen una propiedad especial que les permite simular la función de una sinapsis, es decir, del proceso de comunicación entre dos neuronas, durante la transmisión de sus impulsos eléctricos. Esta particularidad, denominada plasticidad, consiste en una especie de "efecto memoria". Es la responsable de que la neurona sea capaz de "aprender" a asociar el estímulo (la señal que recibe) con sus "consecuencias" (lo que debe que hacer cuando lo recibe). Así, la neurona va optimizándose poco a poco, de modo que necesita "trabajar" menos para generar la misma respuesta ante un estímulo que ya conoce.
6. CRISTALES FOTÓNICOS
CRISTALES FOTONICOS: Un dispositivo recién diseñado ha logrado redirigir un rayo de luz sin apenas experimentar pérdidas, un sistema con aplicaciones en el área de los láseres y de los ordenadores y las comunicaciones ópticas.
Los ingenieros de los Sandia Laboratories han desarrollado un cristal artificial bidimensional que es capaz de conducir la luz. El llamado "cristal fotónico 2D", fabricado en arseniuro de galio, ha sido perforado de forma apropiada, de manera que es capaz de redirigir rayos de luz infrarroja con una pérdida insignificante.
Detrás de todo ello se oculta una inmediata aplicación. La mayor parte de la energía que consumen los láseres se emplea para compensar la gran cantidad de luz que se dispersa inútilmente en el proceso. Con el nuevo dispositivo se reducirá drásticamente la cantidad de energía precisa para iniciar un láser, y ello permitirá aumentar las prestaciones de algunos sistemas, como las comunicaciones ópticas o los futuros ordenadores fotónicos.
La estructura del dispositivo es equiparable a un cable eléctrico, en este caso para la luz. Los tamaños de los agujeros que contiene, así como su localización, crean una estructura que bloquea casi todas las ondas luminosas, transmitiendo sólo aquéllas cuyas longitudes de onda hemos seleccionado.
La ínfima pérdida sufrida durante el proceso será una puerta abierta hacia la sustitución de los actuales chips electrónicos por chips fotónicos más rápidos y fríos. También podría servir para combinar electrones y luz en un mismo chip, para retransmitir y redirigir las señales dentro de las fibras ópticas, etc.
La colocación de agujeros en el cristal fotónico produce el mismo efecto que los espacios entre moléculas en los cristales reales. Sin embargo, mientras que los cristales naturales se ven restringidos por el espaciado molecular preexistente y sólo permiten el paso de luz de determinadas longitudes de onda a través de ellos, los fotónicos pueden adaptarlo para el paso de cualquier frecuencia (dentro de los límites de las herramientas disponibles).
Los citados cristales fotónicos son construidos con arseniuro de galio sin componentes metálicos. Son más baratos y sencillos de fabricar que los cristales fotónicos de 3 dimensiones hechos en silicio. Sus agujeros, de 200 nanómetros de diámetro, se hacen mediante litografía de chorro de electrones.
Producidos en grandes cantidades, serán muy apreciados en futuro, cuando la industria óptica se halle plenamente desarrollada y exista una gran demanda de dispositivos de este tipo
CRISTALES FOTONICOS Y SUS APLICACIONES
Las posibles aplicaciones de este nuevo material se relacionan con la necesidad de solucionar los problemas que enfrenta el desarrollo de la microelectrónica en las últimas décadas. Dicho desarrollo se ha basado principalmente en el transistor como componente básico y se ha puesto de manifiesto por la miniaturización de los componentes electrónicos ya que en el espacio de tiempo de unos anos hemos pasado de circuitos milimétricos a micrométricos y a nanométricos.
Este progreso ha propiciado la integración en microchips de gran cantidad de transistores y con ello la dificultad de disipar la energía (térmica) generada.
La investigación actual en materia de cristales fotónicos los señalan como materiales micro y nano estructurados con formaciones ordenadas de agujeros (o inclusiones) que podrían conducir a una revolución optoelectrónica, haciendo con luz lo que los semiconductores hacen con electrones.
Representar una forma alternativa y mas rápida de transmisión de información, a
Través del uso de la luz como portador de la misma.
Evitar o disminuir en buena medida la disipación térmica en los componentes pasivos del chip, así como alejar y favorecer la disipación en los componentes activos.
Tener otras ventajas como que las fuentes de luz pueden ser integradas en los propios chips (micro láseres) y que los componentes fotónicos pueden ser dotados de funciones activas y de control (lógica fotónico).
Todas estas soluciones son objeto de intensa investigación hoy día en manos de la nanofotonica (disciplina científico técnica que tiene por objeto el estudio de la generación, control y detección de luz en escalas similares o menores que su propia longitud de onda) y no solo ofrecen soluciones a la electrónica, que las demanda fuertemente, sino a otros frentes tecnológicos como sensores y, un paso mas allá la fotónica molecular que supone la miniaturización máxima.
Los cristales fotónicos pueden ser la nueva materia prima para fabricar circuitos fotónicos: esto incluye tanto canales de conducción (guías ópticas), componentes lógicos (amplificadores, transistores fotónicos etc.), como fuentes laser de tamaño su micrométrico.
Es posible formar un guía de ondas de cauce estrecho dentro de un cristal fotónico quitando una fila de agujeros por otra parte del modelo regular. La luz se confinara dentro de la línea de defectos para longitudes de onda que quedan dentro los huecos del cristal fotónico. Desde que un material poroso no tiene ningún modo disponible a esta longitud de onda, se dan formas de pozo de quantum ópticas en la región de la guía de ondas y trampas de luz. Bajo estas condiciones nosotros podemos introducir un modelo de curvaturas afiladas que o causaran que la luz sea reflejada al revés o se dirija ronda la curvatura.

Telecomunicaciones con cristales fotónicos: El Proyecto NewTon
Como parte del proyecto NewTon, es utilizar cristales fotónicos tridimensionales como elementos de construcción en las telecomunicaciones.
Según los investigadores, en muchas ocasiones se puede transmitir mayor cantidad de información a través de la luz a la misma velocidad que se ha estado haciendo hasta ahora mediante la electricidad. Esto explica por qué las conversaciones telefónicas, los sitios Web, las fotografías o la música, por ejemplo, se transmiten cada vez más mediante fibras ópticas.
Los investigadores del proyecto NewTon están desarrollando cristal fotónico capaz de reflejar solamente colores simples de luz blanca dependiendo del ángulo de observación.
Este fenómeno se observa en la naturaleza: los colores relucientes de las alas de las mariposas provienen de las propiedades de los cristales fotónicos.
«Un cristal fotónico tridimensional y estructurado podría ser el componente clave para crear un semiconductor óptico compacto o incluso para un procesador de enrutado óptico», afirma el Dr. Reinhold Leyrer, uno de los socios del proyecto. «Transformar señales ópticas en señales eléctricas será entonces superfluo.»
No obstante, los científicos primero tienen que desarrollar un cristal fotónico tridimensional estructurado y estable; éste es exactamente el objetivo del proyecto «NewTon».
Los fabricantes de los componentes para los sistemas de telecomunicaciones son los que más se beneficiarían del uso de cristales fotónicos. Puesto que los cristales son más pequeños que los componentes electrónicos, los instrumentos también serían cada vez de menor tamaño y más barato, al mismo tiempo que ofrecerán mejores rendimientos.
Los componentes y los instrumentos basados en los cristales fotónicos también serían más resistentes y menos vulnerables a la radiación electromagnética.
En última instancia, las actividades de investigación del proyecto NewTon sentarán las bases para la próxima generación de tecnologías de las comunicaciones, que se basarán en su totalidad en la transmisión de información a través de ondas de luz.

7. NANOTUBOS DE CARBONO
Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fulerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma y dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Ahora están siendo estudiados activamente por su interés en aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, es el primer material conocido por la humanidad capaz, en teoría, de sustentar indefinidamente su propio peso suspendido sobre nuestro planeta; una condición necesaria para la construcción de un ascensor espacial. Pero si ir tan lejos, unos ingenieros de la Universidad de Illinois han descubierto que los nanotubos de carbono podrían participar en la creación de teléfonos móviles, ordenadores y tabletas, más ligeros, más potentes y con mayor rendimiento energético.
Los ingenieros han sido capaces de crear unidades de ultra baja potencia de memoria digital gracias a la sustitución de los cables de metal por nanotubos de carbono (los nanotubos de carbono son los conductores eléctricos más pequeños conocidos hoy por el hombre), y esto nos lleva a que todos nuestros futuros dispositivos electrónicos sean más ligeros y más eficientes energéticamente. Mediante esta sustitución, los investigadores han creado unidades de memoria que requieren una fracción de la energía que utilizan los procesadores actuales para sus requerimientos en las aplicaciones.
Si bien la mayoría de la carga de una batería es consumida por la pantalla del móvil o del ordenador portátil, también se utiliza una considerable cantidad de energía para la realización de las tareas. Al hacer la memoria digital mucho más eficiente energéticamente y físicamente más pequeña que las actuales, se guardan toneladas de energía. Con esta tecnología se espera que las futuras versiones de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y tabletas, duren varias semanas o incluso meses con una sola carga.
Hay que destacar que los nanotubos superconductores se podrían utilizar para el estudio de efectos cuánticos fundamentales en una dimensión, así como para la búsqueda de aplicaciones prácticas en la informática cuántica molecular. Esto es debido a que pueden actuar como “conductores cuánticos”, es decir, si se representa el voltaje, o diferencia de potencial frente a la intensidad de corriente no se obtiene una línea recta, sino escalonada. Como se ha dejado entrever, estas estructuras tienen multitud de propiedades eléctricas. En cuanto a la capacidad para transportar corriente, se sabe que puede llegar a cantidades de, aproximadamente, mil millones de A/cm2, mientras que los alambres de cobre convencionales se funden al llegar a densidades de corriente del orden del millón deA/cm2. Conviene precisar que todas estas propiedades no dependen del largo del tubo, a diferencia de lo que ocurre en los cables de uso cotidiano.
Uso de nanotubos de carbono para implementar filtros RF
Los Nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante o el grafito. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma, donde en función al nivel de enrollamiento y como está conformado, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna.
Estos presentan un conjunto de propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas que los hacen idóneos para un sinfín de aplicaciones relacionadas con diversos campos como son: las telecomunicaciones, la electrónica, mecánica, química y la biotecnología.
Se pueden construir filtros RF muy pequeños mediante arrays de nanotubos de carbono metálicos dispuestos de forma similar a los pelos de un cepillo y colocados en tiras microstrip, de forma que los nanotubos queden perpendiculares al eje principal de la guía de ondas.
Este sistema resonante vibrará ante señales comprendidas en cierto ancho de banda cuya frecuencia central se llama frecuencia de resonancia, mientras que el resto de las frecuencias son reflejadas por los nanotubos. Los nanotubos así colocados constituyen un resonador mecánico muy eficiente, con alto factor de calidad. El resultado es, por tanto, un filtro paso banda de banda estrecha donde la frecuencia de resonancia de los nanotubos se puede cambiar inyectando o retirando densidad de carga en los nanotubos, consiguiéndose un filtro sintonizable.
A su vez, los nanotubos de carbono tienen comportamiento inductivo y capacitivo, además de resistivo, lo que puede utilizarse para construir circuitos RLC. Normalmente los filtros RLC son demasiado grandes debido al tamaño de las bobinas y son difíciles de integrar.
Con esto se consigue sintetizar filtros pasivos adecuados para ser integrados en sistemas mayores, consiguiéndose una solución muy eficiente para el problema del elevado tamaño que suponen estos tipos de filtros. Además con estos filtros se puede conseguir bajo ruido y un gran margen dinámico.
8. FULLERENO

Átomos de carbono en el fullereno C60 adoptando la forma de un balón de fútbol.
El fullereno es la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante y el grafito. Se presenta como moléculas de un número variable de átomos de carbono. Tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y posiblemente heptágonos) lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica elipsoidal y cilíndrica
Se conocen varios fullerenos como C70, C76, C78, C84 y el más pequeño sintetizado hasta el momento es el C20. Los fullerenos pueden atrapar átomos de metales en su interior, encapsulándolos, dando lugar a productos con nuevas propiedades.
También pueden producirse tubos delgados con cierre final (nanotubos). La síntesis de fullerenos y derivados da lugar a una nueva Química con aplicaciones inimaginables.
El descubrimiento de los fullerenos ha cambiado el paradigma (conjunto de suposiciones que son el fundamento de la ciencia) relativo al carbono, que se creía que sólo existía en dos formas principales: grafito y diamante.

Las extraordinarias propiedades de productos basados en los fullerenos nos permiten producir sales superconductoras de C60, polímeros nuevos tridimensionales, nuevos catalizadores, nuevos materiales con propiedades ópticas y eléctricas, aplicables en computadores y tecnología láser, nuevos sensores, aplicaciones en biomedicina, fototerapia, etc.


En la actualidad el uso de internet es imprescindible no sólo a nivel científico, sino en múltiples ámbitos de la vida cotidiana. Por lo tanto existe un creciente interés en conseguir mejorar y ampliar sus prestaciones. Recientemente unos investigadores de Canadá han demostrado cómo la nanotecnología puede conseguir aumentar la capacidad y velocidad de internet, basándose en el uso de luz. Este descubrimiento podría llevar a disponer de una red 100 veces más rápida que la actual. Esto es de vital importancia debido al previsible colapsamiento de la red.
Dentro del campo de óptica molecular no-linear existe la denominada "brecha cuántica" Kuzyk (definida como la diferencia entre la capacidad teórica basada en la física cuántica y la real que llegan a presentan las moléculas).
Según Sargent, "hasta ahora los materiales moleculares utilizados para cambiar señales de luz con luz han sido más débiles de lo que la teoría física decía que debían ser. Con estos últimos descubrimientos, por primera vez la capacidad de procesar señales que contienen datos por medio de la luz está a nuestro alcance".
Para superar la brecha Kuzyk, dos profesores de la Universidad de Carleton diseñaron una sustancia que combinaba buckyballs (un tipo de fullereno) con un polímero. Esta combinación hídrica logró crear una capa clara y lisa, diseñada para lograr que las partículas de luz captase la trayectoria de otras partículas. Descubrieron que la sustancia era capaz de procesar datos transportados en ondas de telecomunicaciones - las longitudes de onda en la región infrarroja utilizados en cables de fibra de óptica. En este sentido, se acercaron más que nunca (55 %) al límite posible según las leyes de la mecánica cuántica.
Según Sargent, un sistema futuro basado en la comunicación vía fibra óptica podría enviar señales por la red global en un pico-segundo, resultando en un Internet 100 veces más rápido que el actual.

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