En electrónica, la carrera por los más pequeños es enorme. Los físicos de la Universidad de Cincinnati están trabajando para aprovechar el poder de los nanocables, cables microscópicos que tienen el potencial de mejorar las células solares o revolucionar la fibra óptica.

La nanotecnología tiene el potencial de resolver el cuello de botella que ocurre al almacenar o recuperar datos digitales, o podría almacenar datos de una manera completamente nueva. Los profesores de la UC y sus estudiantes graduados presentaron su investigación en la conferencia del 13 de marzo de la Sociedad Estadounidense de Física en Nueva Orleans. , Luisiana.

Hans-Peter Wagner, profesor asociado de física, y el estudiante de doctorado Fatemesadat Mohammadi están buscando formas de transmitir datos con la velocidad de la fibra óptica, pero a una escala significativamente menor.

Wagner y el autor principal Mohammadi están estudiando este campo, llamados plasmónicos, con investigadores de otras tres universidades. Para el nuevo experimento, construyeron semiconductores de nanocables con material orgánico, disparó pulsos de láser a la muestra y midió la forma en que la luz viajaba a través del metal; técnicamente, las excitaciones de las ondas de plasmón.

"Entonces, si logramos comprender mejor el acoplamiento entre las excitaciones en los nanocables semiconductores y las películas metálicas, podría abrir muchas perspectivas nuevas, "Dijo Wagner.

El aprovechamiento exitoso de este fenómeno, llamado guía de ondas de plasmón, podría permitir a los investigadores transmitir datos con luz a nivel nano.

Las universidades de todo el mundo están estudiando nanocables, que tienen aplicaciones ubicuas desde sensores biomédicos hasta diodos emisores de luz o LED. Cuatro artículos de la UC sobre el tema se encuentran entre los más de 150 de investigadores de nanocables de todo el mundo que se presentarán en la conferencia de marzo.

"Estás tratando de optimizar la estructura física en algo que se acerque a la escala atómica. Puedes fabricar dispositivos de muy alta eficiencia como láseres, "dijo Leigh Smith, Jefe del Departamento de Física de la UC. Smith y el profesor de Física de la UC Howard Jackson también presentaron artículos sobre nanocables en la conferencia. Prácticamente todos se benefician de esta línea de investigación, incluso si la mecánica cuántica subyacente a los últimos biosensores excede una comprensión casual. Por ejemplo, Las pruebas de embarazo caseras usan nanopartículas de oro, el indicador que cambia de color.? La gente usa tecnologías todo el tiempo que no entienden, "Smith dijo." Arthur C. Clarke dijo:'Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia.'"

Gordon Moore, cofundador de Intel Corp., observó que el número de transistores utilizados en un microchip se ha duplicado aproximadamente cada dos años desde la década de 1970. Este fenómeno, ahora llamada Ley de Moore sugiere que la potencia de procesamiento de la computadora mejora a un ritmo predecible.

Algunos científicos informáticos predijeron que la desaparición de la Ley de Moore era inevitable con la llegada de los microprocesadores. Pero la nanotecnología está extendiendo la vida útil de ese concepto, dijo Brian Markwalter, vicepresidente senior de investigación y tecnología de la Consumer Technology Association. Su grupo comercial representa 2, 200 miembros en la industria tecnológica de Estados Unidos de $ 287 mil millones.

"No es una carrera para ser pequeño solo para ser el más pequeño. Hay una progresión de poder hacer más en chips más pequeños. El efecto para los consumidores es que cada año obtienen mejores y mejores productos por el mismo precio o menos, " él dijo.

La nanotecnología abre un universo de nuevas posibilidades, Dijo Markwalter.

"Es casi mágico. Ellos mejoran, más rápido, más barato y consume menos energía, " él dijo.

Markwalter dijo que la investigación del profesor Wagner de la UC es emocionante porque se muestra prometedora en el uso de interruptores ópticos para abordar un cuello de botella en la transmisión de datos que ocurre cada vez que intenta almacenar o eliminar datos.

"Es realmente un área de gran avance para fusionar el mundo de los semiconductores y el mundo óptico, Markwalter dijo:"[Wagner's] trabaja en la intersección de la fibra óptica y la fotónica".

Pero incluso la nanotecnología tiene sus límites, Dijo Smith.

"Estamos corriendo hacia los límites de lo que es físicamente posible con las tecnologías actuales, ", Dijo Smith." Los desafíos son bastante inmensos. En 10 o 20 años tiene que haber un cambio de paradigma fundamental en cómo hacemos estructuras. Si no lo hacemos, seremos atrapados en el mismo lugar en el que estamos ahora ".

Cómo funciona un experimento de UC:

El estudiante graduado de la UC Fatemesadat Mohammadi y el profesor asociado de física Hans-Peter Wagner disparan pulsos de láser en nanocables semiconductores para excitar electrones (llamados excitones) que potencialmente sirven como una bomba de energía para guiar ondas de plasmón sobre una película de metal recubierta de solo unos pocos nanómetros de espesor sin perder potencia , una molesta propiedad física llamada resistividad

Miden la luminiscencia resultante del nanoalambre para observar cómo se acopla la luz a la película metálica. Al enviar luz sobre una película de metal, un proceso llamado guía de ondas plasmónicas, los investigadores algún día podrían transmitir datos con luz a nivel nano.

"La luminiscencia es nuestro interés. Entonces los cubrimos y vemos:¿Cómo cambia la característica de fotoluminiscencia?" Dijo Mohammadi.

Para hacer el semiconductor, utilizan una técnica llamada deposición de haz molecular orgánico a alto vacío (en la foto de arriba) para esparcir capas orgánicas y metálicas en nanobarras de nitruro de galio.

El uso de película orgánica es exclusivo del experimento UC, Dijo Wagner. La película funciona como un espaciador para controlar el flujo de energía entre los excitones en el nanoalambre y la oscilación de los electrones metálicos llamados plasmones.

El material orgánico tiene el beneficio adicional de contener también excitones que, arreglado correctamente, podría soportar el flujo de energía en un semiconductor, él dijo.

Recubrir las nanovarillas con oro acorta significativamente la vida útil de la emisión de excitones, lo que da como resultado lo que se llama fotoluminiscencia apagada. Pero al usar espaciadores orgánicos entre la nanovarilla y la película de oro, los investigadores pueden extender la vida útil de las emisiones a casi el equivalente de nanobarras sin recubrimiento.

Una vez preparada la muestra bañada en oro, lo llevan a una sala de laboratorio adyacente y lo someten a pulsos de luz láser.

Mohammadi dijo que se necesitaron días de trabajo minucioso para organizar la pequeña ciudad de espejos y divisores de haz atornillados en ángulos precisos a un banco de trabajo para el experimento (en la foto de arriba a la izquierda).

Las reacciones en el nanoalambre toman solo 10 picosegundos (que es una billonésima de segundo). Y los pulsos de láser son aún más rápidos:20 femtosegundos (una cifra que tiene 15 ceros a continuación o una cuadrillonésima de segundo).

El proyecto UC utilizó una capa de oro para que los experimentos pudieran replicarse en una fecha posterior sin riesgo de oxidación. Pero los revestimientos tradicionales como la plata, Mohammadi dijo:prometen aún más.