Esclarecen cómo se disipa el calor en dispositivos nanotecnológicos

Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid y de la Universidad de Michigan (EEUU) han logrado establecer los principios fundamentales que gobiernan la disipación de calor en los circuitos eléctricos de tamaño atómico. El descubrimiento abre la puerta a la posibilidad de superar uno de los grandes retos actuales de la nanociencia: la refrigiración in situ de circuitos compuestos por átomos y moléculas individuales.

La fabricación de circuitos compuestos por átomos y moléculas individuales –el objetivo final de la miniaturización de los circuitos eléctricos– es una realidad reciente. Sin embargo, hasta el momento su diseño tan sólo se lleva a cabo en laboratorios de investigación, ya que el desconocimiento de cómo se disipa el calor en ellos supone un obstáculo para su implementación en aplicaciones tecnológicas.

En un artículo publicado esta semana en la revista Nature, Juan Carlos Cuevas y Linda Angela Zotti, investigadores del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), han contribuido a esclarecer, junto a científicos de la Universidad de Michigan (EEUU), el enigma de la disipación del calor en circuitos eléctricos de tamaño atómico.

Según constata el artículo, los investigadores utilizaron nuevos termómetros a escala nanométrica para medir la cantidad de calor disipado en una serie de nanocircuitos formados por átomos y moléculas individuales.

Los científicos además pudieron identificar cómo y donde se producía el fenómeno. “Con el desarrollo de una teoría cuántica de la conducción térmica —explica Cuevas—fue posible establecer que el lugar en el que se disipa el calor viene determinado por la estructura electrónica de los átomos y las moléculas que componen estos circuitos”. 

Según expresan los investigadores de la UAM, “este descubrimiento permitirá comprender cómo se disipa el calor en numerosos dispositivos de tamaño nanométrico que deben constituir la base de la futura nanoelectrónica".

"Por otro lado –añaden– este trabajo abre la puerta a la posibilidad de usar circuitos atómicos o moleculares para refrigerar in situ nanodispositivos, en estos momentos uno de los grandes retos de la nanociencia”.

Compuestos avanzados de fibra de carbono: Coches, trenes y aviones más ligeros, robustos y veloces

En los últimos años, se han usado compuestos avanzados de fibra de carbono para aligerar el peso de los aviones. Estos materiales pueden igualar al aluminio y al titanio en fortaleza, pero con una fracción del peso de estos, y están presentes en aviones como el Boeing 787 y el Airbus A380, reduciendo el peso de estos en un 20 por ciento.

Para la próxima generación de aviones comerciales a reacción, los investigadores están buscando materiales aún más fuertes y ligeros, como por ejemplo los compuestos hechos con fibras de carbono recubiertas con nanotubos de carbono (tubos diminutos de carbono cristalino). Cuando se les coloca en determinadas configuraciones, los nanotubos pueden ser cientos de veces más fuertes que el acero, pero con una sexta parte del peso de éste, lo cual hace que estos compuestos sean atractivos para su uso en aviones, automóviles, trenes, y naves espaciales.

Sin embargo, existe a escala nanométrica un obstáculo importante para fabricar en cantidades industriales dichos compuestos: Los científicos que han tratado de hacer crecer nanotubos de carbono sobre fibras de carbono han encontrado que, al hacerlo, se degradan significativamente las fibras subyacentes, despojándolas de su fuerza inherente.

Movimientos moleculares que desafían las leyes de la física clásica

Una nueva investigación ha mostrado que el movimiento de una molécula de pirrol, de forma similar a un anillo, sobre una superficie metálica, va en contra de las leyes de la física "clásica" que gobiernan nuestro mundo cotidiano.

Usando técnicas experimentales singularmente sensibles, unos científicos han descubierto que las leyes de la física cuántica, que mayormente se pensaba que actuaban sólo a escala subatómica, en realidad pueden actuar a escala molecular. 

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, y la Universidad Rutgers de Nueva Jersey en Estados Unidos, han obtenido evidencias de que, en el caso del pirrol, las leyes cuánticas que afectan los movimientos internos de la molécula, modifican la naturaleza de su mapa energético. Así pues, este "movimiento cuántico" es esencial para comprender en su totalidad la distribución energética de la molécula completa.

Basándose en experimentos llevados a cabo por Barbara Lechner en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, con el objetivo de determinar la energía requerida para el movimiento del pirrol por una superficie de cobre, el equipo descubrió una discrepancia que los condujo por una "pista cuántica" hasta un hallazgo inusual.

En un trabajo previo con moléculas más simples, los científicos pudieron calcular con precisión la "barrera de activación" (la energía necesaria para romper el enlace de una molécula con una superficie y permitir que se mueva).

Sorprendentemente, las "barreras de activación" predichas para el pirrol resultaron no concordar con otros datos. Después de darle muchas vueltas al enigma, sin encontrar ningún error, los científicos comenzaron a considerar el posible papel de un fenómeno exclusivamente cuántico, la Energía del Punto Cero.

Algunos núcleos atómicos tienen forma de pera

Experimentos realizados en el CERN por un equipo internacional de científicos han constatado que los núcleos atómicos de algunos elementos tienen forma periforme. Estos resultados, además de su valor para refinar las teorías sobre la estructura nuclear, pueden ayudar a establecer el dominio de la materia sobre la antimateria, e incluso la validez del modelo estándar de la física de partículas.

Un equipo internacional del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), en la frontera franco-suiza, ha demostrado que algunos núcleos atómicos pueden adquirir formas periformes exóticas más allá de las tradicionales.


Ya se sabía que la mayoría de los núcleos que existen en la naturaleza tienen forma 'de pelota de rugby' en su estado fundamental. Según un nuevo estudio, publicado esta semana en la revista Nature, algunos otros –con números de protones y neutrones concretos– logran adquirir forma 'de pera'. Aunque esto había sido predicho teóricamente, hasta el momento no se contaba con evidencia experimental suficiente.

De acuerdo con las teorías modernas que describen la dinámica nuclear, la forma del núcleo atómico está determinada por el número de protones y neutrones que lo componen, así como por las interacciones entre estas partículas. En su estado fundamental, los núcleos tienden a ser esféricos cuando el numero de protones y/o neutrones esta cerca de los denominados 'números mágicos'.

Para los demás, lo habitual es un estado fundamental con forma elipsoidal mayoritariamente de tipo 'prolado' –con forma de balón de rugby–. Cuando el número de protones y neutrones toma ciertos valores, el efecto de cierto tipo de interacciones nucleares se magnifica dando lugar a formas más exóticas.

“La principal característica de estas formas es que no respetan la simetría de reflexión”, explica Luis Robledo, profesor del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid y uno de los firmantes del trabajo. 

“La observación experimental de núcleos con forma de pera no solo es importante para la comprensión teórica de la estructura nuclear, donde se conjugan los intrincados efectos de la interacción nuclear y la dinámica de muchos cuerpos –añade–, también puede ser de gran ayuda para la búsqueda experimental de momentos dipolares eléctricos en átomos”.

El casquete polar antártico tiene 33,6 millones de años

El casquete de hielo continental antártico surgió por primera vez durante el Oligoceno hace 33,6 millones de años, según demuestran los datos de una expedición internacional liderada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

La expedición internacional Integrated Ocean Drilling Program coordinada Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha obtenido información de los sedimentos de las profundidades del hielo antártico hasta determinar que el casquete polar de esta región tiene 33,6 millones de años. El hallazgo acaba de ser publicado en la revista Science.

Antes de que el hielo se asentara sobre el continente antártico, la Tierra era un lugar cálido de clima tropical. En esta región, el plancton gozaba de gran diversidad hasta que la glaciación redujo estas poblaciones a solo aquellas capaces de sobrevivir en el nuevo clima.

La expedición internacional ha obtenido esta información gracias a la historia paleoclimática que se conserva en los estratos de sedimento de las profundidades antárticas.

La investigadora del CSIC en el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (centro mixto del CSIC y la Universidad de Granada) Carlota Escutia, que ha liderado la expedición, explica: “El registro fósil de las comunidades de organismos dinoflagelados refleja una gran disminución y especialización de dichas especies que tuvo lugar al establecerse el casquete de hielos y con el las estaciones marcadas por la formación y desaparición de la banquisa de hielos”.

El origen del casquete polar continental antártico marca el inicio del funcionamiento de sus comunidades planctónicas que aún perdura en la actualidad. Dicha capa de hielo se asocia a su banquisa, que es la parte helada que desaparece y reaparece en función de la estacionalidad del clima.

La Actividad Solar Desencadena Impresionantes Auroras

Estos coloridos espectáculos se producen cuando las partículas del viento solar, con carga eléctrica, son canalizadas por las líneas del campo magnético terrestre hasta chocar con los átomos de las capas más altas de nuestra atmósfera. Cuando impactan con átomos de oxígeno se produce un resplandor verde, como el de esta imagen. 
Hace siglos que se conoce la relación entre las auroras y la actividad solar, pero los satélites han permitido a los científicos empezar a descifrar los mecanismos físicos que las provocan. 
El cuarteto de satélites Clúster de la ESA vuela en formación en órbita a la Tierra, surcando su entorno magnético para estudiar la conexión entre el Sol y nuestro planeta.
En un nuevo estudio, Clúster ha analizado unos violentos fenómenos magnéticos conocidos como subtormentas, que provocan variaciones en la corriente de viento solar que colisiona con el escudo magnético de la Tierra – la magnetosfera.
Durante una subtormenta, la cola de la magnetosfera terrestre se comprime y emite potentes chorros de plasma de alta energía hacia el planeta, a una velocidad que puede alcanzar varios kilómetros por segundo. Este fenómeno ayuda a las partículas de plasma a infiltrarse en las capas superiores de la atmósfera, generando auroras. 
Estas ráfagas de plasma, conocidas como BBFs (siglas en inglés de ‘bursty bulk flows’), duran muy poco, de 10 a 20 minutos. El estudio realizado con Clúster descubrió que, a pesar de su brevedad, las BBFs transportan mucha más energía de la que se pensaba – casi un tercio del total que termina llegando a la Tierra durante una aurora. 
Hasta ahora se pensaba que su contribución era algo marginal, apenas un 5%. 
Los nuevos datos demuestran que se había subestimado la importancia de las BBFs, y nos podrían ayudar a comprender mejor los efectos de la meteorología espacial sobre nuestro planeta.
La misión Swarm de la ESA, que se lanzará en junio de este año, estudiará en detalle la complejidad del campo magnético de la Tierra y su relación con el Sol.

Enlace en : ESA

La existencia de "la partícula de Dios", "casi" probada

Científicos del CERN aseguran haber descubierto una nueva partícula cuyas características son "compatibles" con el bosón de Higgs.