Breve Introduccion a la Nanoelectronica

La nanoelectrónica (también conocida como nano electrónica) se refiere al uso de la nanotecnología en componentes electrónicos, especialmente en transistores. Aunque el término nanotecnología se usa normalmente para definir la tecnología de menos de 100 nm de tamaño, la nanoelectrónica se refiere, a menudo, a transistores de tamaño tan reducido que se necesita un estudio más exhaustivo de las interacciones interatómicas y de las propiedades mecánico-quánticas. Es por ello que transistores actuales (como por ejemplo CMOS90 de TSMC o los procesadores Pentium 4 de Intel), no son listados en esta categoría, a pesar de contar con un tamaño menor que 90 o 65 nm.

Los dispositivos nanelectrónicos se les considera una tecnología disruptiva ya que los ejemplos actuales son sustancialmente diferentes que los transistores tradicionales. Entre ellos, cabe destacar la electrónica de semiconductores de moléculas hibridas, nanotubos / nanohilos de una dimensión o la electrónica molecular avanzada. El sub-voltaje y la nanoelectrónica de sub-voltaje profundo son campos específicos e importantes de I+D, y la aparición de nuevos circuitos integrados operando a un nivel de consumo energético por procesamiento de un bit próximo al teórico (fundamental, tecnológico, diseño metodológico, arquitectónico, algorítmico) es inevitable. Una aplicación de importancia que pueda beneficarse finalmente de esta tecnología, en lo referente a operaciones lógicas, es la computación reversible.

Aunque todas estas actividades son muy prometedoras aun están bajo desarrollo y no van a estar disponibles en el mercado en un futuro próximo. Por ejemplo, se estima que el proceso de reducción de transistores de 22 nm a 16 nm será de 6 años, en vez de 2 como habitualmente se tarda en reducir. Puesto que el Silicio no opera bien a menos de 22 nm, tiene que investigarse otro método como uso de grafeno o High-K.

Algunos Dispositivos nanoelectrónicos:

Radios:
Se han desarrollado nanoradios basados en nanotubos de carbón.



Computadores:
La nanoelectrónica promete ayudar a crear CPUs más potentes que los que puedan fabricarse con técnicas de fabricación de circuitos integrados convencionales. Actualmente se están investigando una seria de posibilidades incluyendo nuevas formas de nanolitografía, así como el uso de nanomateriales tales como nanohilos o pequeñas moléculas, en lugar de los tradicionales componentes de tecnología CMOS. Los transistores de efecto campo han hecho uso de ambos, semiconductores de nanotubos de carbón y semiconductores de nanohilos heteroestructurados.

Producción energética:
Se esta investigando la posibilidad de usar nanocables y otros materiales a nanoescala con la esperanza de crear células solares más baratas y eficientes que las que son posibles con células solares planas de silicio. Se da por hecho que un tecnología solar más eficiente seria de gran importancia para satisfacer las necesidades globales de energía.
También se esta investigando la producción energética para dispositivos que operarían in vivo, denominados bio-nano generadores.

Diagnosis médica:
Hay un enorme interés en crear dispositivos nanoeléctricos que puedan detectar concentraciones de biomoleculas en tiempo real para su uso en la diagnosis medica, es por ello por lo que surge el concepto de nanomedicina. Una línea paralela de investigación persigue la creación de dispositivos nanoelectrónicos que puedan interactuar con células individuales para su uso en la investigación biológica básica. A estos dispositivos se les denomina nanosensores. Una miniturización a esta escala respecto a sensores proteomicos 'in vivo permitiría nuevos avances en el seguimiento de la salud y en tecnologías militares y de vigilancia.

ELECTRICIDAD INALÁMBRICA

Adiós Cables ¡La Transferencia de Electricidad Inalámbrica “ya” es posible!

¿Podrías imaginar un mundo donde la transferencia de electricidad es inalámbrica? Donde teléfonos celulares, robots domésticos, mp3 players, laptops, y otros dispositivos electrónicos sean capaces de cargarse por sí mismos ¿sin la necesidad de conectarlos en el toma corrientes? No más cables a través de las paredes y solo un dispositivo de transferencia inalámbrica en una esquina de la casa como Internet “wireless”? Pues bien, este experimento ya se ha llevado a cabo satisfactoriamente en los laboratorios de Física de MIT (Massachussets Institute of Technology) recientemente. La transferencia de electricidad inalámbrica fue posible en una distancia de 7 pies (más de 2 metros de distancia) lográndose prender un foco de 60 watts. Una de las variantes de este experimento satisfactorio fue bloquear la línea de mira entre el foco y la fuente de poder.
¿Temor de cruzar una línea de flujo de electricidad y morir electrocutado? ¡No hay problema! Varios métodos de transmisión de electricidad inalámbrica son conocidos en el mundo de la física, como la radiación electromagnética, tal como onda de radio. Pero no útiles considerando que las ondas se propagarían en todas las direcciones desperdiciándose la energía. Por otro lado, el uso de radiación electromagnética a través del laser no es también posible debido a razones de seguridad. Si nos cruzamos en el medio de la señal… Adiós Perú. Pero, en contraste “WiTricity”, apelativo acunado por el grupo de MIT para “Wireless Electricity”, se basa en el acoplamiento de objetos resonantes. Dos objetos resonantes de la misma frecuencia tienden a cambiar energía eficientemente mientras interactúan.

La fuente de alimentación es tal vez el último cable que quede por cortar en un mundo de conexiones inalámbricas. Y puede que su fin no esté tan lejos. Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha conseguido transmitir energía entre dispositivos sin necesidad de cables. El hito, publicado en la revista Science, consistió en suministrar electricidad a una bombilla de 60W desde dos metros de distancia.

Estos expertos han dado con la clave para que la electricidad se transmita por el aire, lo mismo que hace el Wi-Fi con las conexiones a Internet. En concreto, han conseguido mantener encendida una bombilla de 60 vatios durante 24 horas situada a más de dos metros de distancia de la fuente de energía que la alimentaba, sin conexión física alguna. Los investigadores han llamado a su descubrimiento "WiTricitY" (WiTricidad), de la unión de las palabras "wireless" (sin hilos) y "electricity".

El ingenio consiste en dos rollos de cobre, uno de los cuales, la unidad emisora, está físicamente conectado a una fuente de energía. En lugar de liberar esa energía a través de ondas electromagnéticas, el cobre llena el espacio circundante con un campo magnético no radiante que oscila a determinadas frecuencias. Es este campo el que hace posible el intercambio de energía entre la unidad emisora y la receptora, el segundo de los rollos de cobre.

Ambos rollos están acoplados y especialmente diseñados para resonar con el campo magnético, en cuyo interior se produce una fuerte interacción entre la unidad emisora y la receptora. Dos objetos resonantes acoplados, es decir, que vibran a la misma frecuencia, tienden a intercambiar energía de una forma eficiente. Gracias a este diseño, la transferencia de electricidad, que de forma natural tendería a disiparse, se concentra en un espacio limitado.

Peter Fisher, uno de los miembros del equipo del MIT, afirma que un ordenador portátil que estuviera en el interior de una habitación equipada con esta clase de energía inalámbrica se recargaría automáticamente, sin necesidad de estar enchufado. De hecho, ni siquiera necesitaría tener una batería para poder funcionar.

Éste no es un invento reciente pues ya había sido descubierto en la antigüedad pero el inventor no tuvo el financiamiento requerido puesto de que no había forma de hacer un medidor para este tipo de transmisión eléctrica; ¿adivinan el nombre del inventor?

Pues no es otro que el famoso Tesla al cual ya hice un homenaje en el artículo pasado pasado

El Genio Olvidado

NIKOLA TESLA VS TOMAS EDISON

AC VS DC

Como un hombre con una personalidad llena de ideales, obsesiones y trastornos es descrito el científico e inventor Nicola Tesla, fallecido el 7 de enero de 1943, por Margaret Cheney en su libro biográfico sobre el genio croata.

De acuerdo con un artículo aparecido el 2 de enero pasado en el diario español "El país", en el volumen titulado "El genio al que le robaron la luz"", que aparecerá a la venta el día 24 de este mes, la autora lo recuerda como uno de los inventores más importantes de la historia, maltratado por gente como Thomas Alva Edison.

El libro desvela la personalidad del olvidado creador de los generadores de corriente alterna, el hombre al que tantas veces copiaron y robaron sus ideas.

A Tesla se le atribuye la invención de la corriente alterna, la transmisión de energía inalámbrica, entre poco más 800 descubrimientos, además de ser el precursor de los circuitos básicos, que hoy se utilizan para la construcción de computadoras.

Hijo de padres serbios, Tesla nació el 10 de julio de 1856 en la provincia de Lika, perteneciente al Imperio Austro-Húngaro, lo que hoy se conoce como Croacia.

Con el talento del padre y el ingenio de su madre, comenzó su educación en casa y posteriormente asistió a una escuela en Carldstadt, Croacia, donde destacó por ser un excelente estudiante.

Un día el estudioso joven vio un grabado de las cataratas del Niágara. En su imaginación apareció una gran rueda que giraba con el impulso de las aguas de la poderosa cascada, y algunos años más tarde lo hizo realidad.

Abandonó su Croacia natal y se marchó a Austria, en cuya Escuela Politécnica de Graz estudió ingeniería y pudo observar uno de los prodigios de la nueva era: un flamante motor de corriente continua, al que eliminó las escobillas para crea más tarde el motor polifásico de corriente alterna.

Para ello, Tesla se trasladó a Budapest, donde se empleó en una subsidiaria de la compañía telefónica de Edison, debido a que su familia carecía de los recursos para costear su enseñanza académica.

En su momento, el investigador partió rumbo a Estados Unidos para pedir el apoyo de Thomas Alba Edison en su descubrimiento del motor polifásico de corriente alterna.

Edison le dijo que era extremadamente peligrosa, que jamás podría ser utilizada para iluminar ciudades o para hacer funcionar motores.

Sin embargo, había algo diferente en Tesla que llevó a Edison a contratarle para mejorar los dínamos y motores en sus plantas de generación de corriente continua.

Varios meses después, Tesla anunció que había terminado su trabajo, lo que sorprendió a Edison; no obstante, más tarde lo dejó y recibió el apoyo de algunos inversionistas en el desarrollo de todos los componentes del sistema de generación y transmisión de energía eléctrica con corriente alterna, que es utilizado actualmente.

Tras ello, el connotado ingeniero se dedicó a explorar la electricidad de alta frecuencia, inspirado por los descubrimientos del inglés Maxwell y del alemán Hertz.

Inventó la famosa bobina Tesla, que aún hoy se utiliza en los equipos electrónicos y que convierte la corriente continua de baja tensión en energía alterna de voltaje muy alto. Con las altas frecuencias desarrolló algunas de los primeras iluminaciones fluorescentes y de neón.

Tesla fue el primero en observar los rayos catódicos, los rayos X, las radiaciones ultravioletas y en estudiar los efectos terapéuticos de las corrientes de alta frecuencia sobre el cuerpo humano.

Sin embargo, estos descubrimientos palidecieron comparados con el que realizó en 1890, cuando iluminó un tubo vacío sin cable alguno, al transmitir la energía por el aire.

Ese descubrimiento fue toda una obsesión en la vida de Tesla: la transmisión de energía inalámbrica.

En 1897, registró su propia patente de la radio, la cual le fue concedida en 1900. Empero, la oficina del ramo de Estados Unidos sorpresivamente dio marcha atrás a sus decisiones previas y otorgó al también científico Guglielmo Marconi una cédula por la invención del radiotrasmisor.

Fue hasta 1943, unos cuantos meses después de la muerte del inventor, cuando la Suprema Corte de Justicia de Estados Unidos reconoció la patente de la radio de Tesla, por una razón egoísta.

Tesla ideó aparatos para capturar la energía del viento y de las mareas; creó métodos para canalizar la energía geotérmica y para convertir la luz del sol en electricidad, así como inventó el velocímetro de los automóviles.

Fue precursor de los circuitos básicos de las computadoras actuales, y en su laboratorio de Colorado construyó un gigantesco transmisor para demostrar que la Tierra podía usarse como conductor eléctrico.

Hoy se sabe que fue la primera persona en detectar las ondas de radio del espacio, pero en aquel tiempo la radioastronomía no estaba desarrollada, además de predecir que la energía del átomo podría ser utilizada con fines bélicos.

En 1912 rechazó ser nominado para el Premio Nobel de Física porque, según dijo, la academia sueca tendría que habérselo otorgado tres años antes, en 1909, en lugar de Marconi.

Durante la Primera Guerra Mundial (1914-18), el gobierno estadounidense necesitaba detectar los submarinos alemanes y Tesla propuso emplear la energía de ondas, lo que hoy se conoce como radar.

Sin embargo, tuvieron que pasar 25 años para que este aparato fuera inventado, basado en los principios establecidos por el genial científico croata.

Tesla recibió en 1917 la Medalla Edison, el más alto honor otorgado por el Instituto Estadounidense de Ingenieros Eléctricos.

No obstante, su sistema nervioso decayó y sufrió un colapso físico total. Murió el 7 de enero de 1943 en extrema pobreza, pero interiormente satisfecho.

El inventor logró conseguir más de 800 patentes, aunque gran parte de sus notas y aparatos de sus laboratorios aún son secreto de estado. Entre sus documentos se encontraba el principio del rayo láser, así como los planos de un avión de despegue vertical, que no pudo construir por falta de recursos económicos.