El invento que cambió la historia de la luz

Lámparas LED hay de todos los colores y hoy se utilizan en dispositivos móviles o televisores.

Es probable que usted, así como muchas otras personas en el mundo, alguna vez en su vida se haya quemado con un bombillo al tratar de cambiarlo. Y aunque quizá no se esté dando cuenta del cambio, esa incómoda situación es cada vez más rara.

El 9 de octubre de 1962 el científico estadounidense Nick Holonyak no solo le dio una solución al bombillo incandescente que ha quemado los dedos de millones de personas en el transcurso de su historia (entre otros inconvenientes de la iluminación infrarroja). 

También, y tal vez más importante, Holonyak fue pionero de un dispositivo que revolucionó la tecnología de iluminación y con el tiempo hizo que las lámparas incandescentes se volvieran obsoletas.

Un LED (siglas en inglés de Diodo Emisor de Luz) es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él sin intermediación de un gas, como sucede en los bombillos tradicionales. Los LED que desarrolló Holonyak emitían una luz roja de baja intensidad. Hoy en día, sin embargo, hay dispositivos que con la misma tecnología emiten luz de alto brillo y de cualquier color.

En un principio, los bombillos LED invadieron la industria de la decoración navideña. Pero con el desarrollo del LED de varios colores, ahora son la fuente de iluminación de televisores, estadios y casinos.

Se trata de un desarrollo revolucionario, porque ha permitido generar luz a menor costo y por más tiempo que con la tradicional iluminación de radiación infrarroja. Los bombillos ya no tardan minutos en prenderse, no se calientan y rara vez se funden.

No es casualidad que Ikea, la multinacional sueca de venta de productos para el hogar, se haya propuesto vender únicamente iluminación LED para 2016, ni que la Unión Europea haya prohibido en 2009 la producción de bombillas de 100 vatios.

Este martes el mundo celebró el descubrimiento del carismático Holonyak, que habló con la BBC. ¿En qué consiste la tecnología LED y para qué sirve?

Cómo funciona

El profesor Holonyak inventó el LED rojo. Su invento abrió una puerta a futuros desarrollos, muchos de ellos realizados por sus estudiantes.

El desarrollo de Holonyak, que vio la luz mientras trabajaba para la empresa de electrodomésticos General Electric, era una extensión de la tecnología del transistor, un dispositivo electrónico semiconductor por el que pueden transferirse cargas negativas y positivas a la vez.

El diodo emisor de luz de Holonyak tiene una terminal por la que entra la carga positiva y otra por la que entra la negativa. Ambas están separadas por un pequeño espacio donde se da la transición que produce la luz.

Holonyak le explicó a la BBC que se trata de una conversión de energía eléctrica a energía óptica que no implica un proceso intermedio, que es la característica que ralentiza el proceso de otras tecnologías generadoras de iluminación.

El chip semiconductor está dentro de una pequeña cobertura de resina de color claro, aunque también hay de otros colores. Las dos terminales o cables que se desprenden de la resina generan energía al conectarse a una batería.

La gran diferencia con un bombillo infrarrojo es que los LED operan con voltajes muy bajos. Esto hace que esté muy cerca de ser 100% eficiente.

"Con un LED obtienes mucha más flexibilidad", le dijo Holonyak a la BBC. "Es luz electrónica. No debes esperar a que se caliente. En la parte de atrás de un carro, cuando oprimes el freno, un LED se prende instantáneamente. Y ya no tienes que cambiar los bombillos".

Del láser al televisor

Los carteles en las calles de Nueva York con las cotizaciones de las acciones están hechos con bombillos LED.

El invento de Holonyak, quien en noviembre cumple 84 años, fue un desarrollo en la investigación sobre la tecnología de los láser.

"Mi luz era solo un láser rojo", le dijo a la BBC. "Fue después de que se desarrollaron las luces anaranjadas, verdes y azules".

Como dice el blog informativo de la General Electric con motivo del aniversario, "el diodo de Holonyak emitía solo luz roja, pero impulsó un boom de investigación cuyos resultados multicolores ahora iluminan casas y ciudades, la retina de las pantallas de los últimos iPads y televisiones de pantalla plana".

"Cuando empecé a incursionar en este campo", le cuenta Holonyak al blog, "no me di cuenta de todo lo que esto iba a generar".

Pero si bien él no vio venir la revolución, sus contemporáneos sí.

En 1963, Harland Manchester, en ese entonces presidente de la Asociación Nacional de Escritores de Ciencia, escribió en el Reader's Digest: "Los últimos dramáticos descubrimientos de láser, hechos por la General Electric, pueden un día volver obsoleto el bombillo eléctrico.

"Si estos planes funcionan, la lámpara del futuro podría ser un fragmento de metal del tamaño de un lápiz que será prácticamente indestructible, nunca se apagará".

Posiblemente, gracias a que las predicciones de Manchester se hicieron realidad, hoy hay menos personas con sus manos doloridas por cambiar un bombillo.

Fuente:

BBC Ciencia

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John Bardeen, el único hombre en ganar dos premios Nobel de Física

La historia de la ciencia no siempre es justa con sus protagonistas: Mientras que algunos científicos gozan de enorme popularidad, otros son poco conocidos o incluso olvidados por la población en general. Y lo más curioso es que, paradójicamente, en muchas ocasiones estos científicos "poco conocidos" han realizado importantísimas aportaciones a la ciencia. Es el caso del físico John Bardeen, uno de los científicos más importantes del siglo XX y que, por desgracia, no goza de una fama a la altura de sus contribuciones. El periódico Chicago Tribune definió a la perfección la figura de Bardeen en la historia:

“Para los científicos Bardeen es un Einstein. Para el público en general es un … ¿John qué?”

Bardeen nació en Madison (Wisconsin) en el año 1908. Su padre era profesor de anatomía y llegó a ser el primer decano de la facultad de medicina en la universidad de Wisconsin, y su madre, que gozaba de cierta fama, se dedicaba al mundo del arte. Por tanto, se puede decir que John nació en una familia intelectual que siempre le alentó a los estudios. Además, el chico era bastante despierto y tenía pasión por la ciencia: Cuando estaba en séptimo grado, su profesor le dijo que gozaba de un gran talento para las matemáticas y que en un futuro podría conseguir un trabajo dentro de ese campo.

Terminó la educación secundaria con 15 años, pero sus profesores aseguraron que, si él hubiera querido, podría haberla abandonado varios años antes (se cree que la decisión de no abandonarla por parte de Bardeen fue la muerte de su madre, que tenía cáncer, además de que quería ampliar sus estudios todo lo posible). En la universidad pasó a formar parte de algunas de las más importantes asociaciones estudiantiles y se licenció en ingeniería. Más tarde, en el año 1936, acabaría consiguiendo un doctorado en la materia que más amaba: La física matemática.

Influenciado y apoyado por científicos tan importantes como Paul Dirac, Werner Heisenberg o Van Vleck, su carrera tenía un futuro prometedor. Y así fue.

Su carrera profesional pasó por varias etapas. En un principio, trabajó como profesor, luego trabajó para varias empresas e, incluso, le ofrecieron participar en el Proyecto Manhattan (trabajo que rechazó, a pesar del éxito que pudiera haber ganado allí). Finalmente, el lugar en el que se sintió más cómodo fue en el laboratorio Bell, donde pasaría una buena parte de su vida.

Pero dejemos a un lado su trayectoria y vayamos a lo importante: ¿Por qué Bardeen se merece un puesto más importante en la historia de la física? Vamos a verlo...

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El Busto de Palas

Construyen transistor de un sólo átomo

Miércoles, 09 de diciembre de 2009

Construyen transistor de un sólo átomo

¿Qué es un transistor?

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los artefactos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Helsinki (Finlandia), Universidad de New South Wales (Australia), y la Universidad de Melbourne (Australia) han conseguido crear un transistor funcional de un solo átomo.

Los transistores más pequeños de hoy (nanotransistores, como los que se empaquetan en los chips) contienen miles de átomos, pero hay varios grupos de científicos que trabajan en reducciones de escala que llevan los transistores a tamaños de apenas unos átomos, incluso de uno solo. Una de las maneras de hacer un transistor de un solo átomo es colocar este átomo entre dos electrodos, lo cual requiere que se logre primero construir un artefacto con dos caras de metal (los electrodos) separadas por el espacio de un átomo.

Para lograr esto los investigadores se basaron en el efecto túnel, que en la mecánica cuántica es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula viola los principios de la mecánica clásica penetrando una barrera potencial o impedancia mayor que la energía cinética de la propia partícula. De manera que el transistor trabaja mediante el tuneleado energético de electrones entre la fuente y el drenador a través de un átomo de fósforo (Ver: transistores MOSFET). El túnel puede ser suprimido o autorizado controlando la tensión en un metal cerca del electrodo con un ancho de unas pocas decenas de nanómetros.

El detalle es que el núcleo del transistor es en efecto sólo un átomo, pero la parte complementaria, sobre todo el electrodo es muy voluminoso (en términos atómicos) y no deja empaquetar más transistores en un circuito integrado como lo que ya podemos encontrar con la tecnología de semiconductores actuales.

Sin embargo, como explicó el Dr. Möttönen, el equipo no estaba interesado en construir el transistor más pequeño para un equipo clásico, sino más bien un bit cuántico (Qubit) que sería el principio de una computadora cuántica. Aún así el descubrimiento resulta muy importante ya que al pasar corriente eléctrica por un solo átomo, se pueden estudiar los fenómenos que surgen en condiciones de tamaño extremo.

Por primera vez, los investigadores pudieron observar el “espín hacia arriba” y “espín hacia abajo”, que se traducen en “1″ y “0″ respectivamente para un átomo de fósforo. Este es otro paso importante hacia el control de estos estados y en última instancia, la realización de un bit cuántico estable.

Link: Scientists build ’single-atom transistor‘ (Physorg)

Fuente:

Fayer Wayer

Encuentran un nuevo estado de la materia en un "transistor"

Encuentran un nuevo estado de la materia en un "transistor"

¿Podría un tipo de cristal electrónico anteriormente desconocido ayudar en el futuro de la electrónica?

Investigadores de la Universidad McGill han descubierto un nuevo estado de la materia, el cristal electrónico cuasi-tridimensional, en un material muy similar al usado en la fabricación de los modernos transistores. Este descubrimiento podría tener implicaciones trascendentales para los nuevos dispositivos electrónicos. Actualmente, el número de transistores que pueden incrustarse de forma económica en un único chip de ordenador se incrementa de forma exponencial, duplicándose aproximadamente cada dos años, en una tendencia conocida como Ley de Moore. Pero existen límites, dicen los expertos. Conforme los chips se hacen cada vez más pequeños, las extrañas leyes y comportamientos de la física cuántica aparecen, haciendo imposibles los chips más pequeños.

Este descubrimiento, y otros esfuerzos similares, podrían ayudar a la industria electrónica una vez que las técnicas de fabricación tradicional se aproximen a ese límite cuántico en la próxima década aproximadamente, dicen los investigadores. Trabajando con uno de los materiales semiconductores más puros jamás fabricados, descubrieron el cristal electrónico cuasi-tridimensional en un dispositivo enfriado a temperaturas ultra-bajas, aproximadamente 100 veces más frías que el espacio intergaláctico. El material entonces fue expuesto a los campos magnéticos continuos más poderosos generados en la Tierra. Sus resultados se publicaron en el ejemplar de octubre de la revista Nature Physics.

Los cristales electrónicos tridimensionales se descubrieron en el laboratorio en la década de 1990, y fueron predichos ya en 1934 por el famoso físico húngaro Eugene Wigner.

“Imagina un sandwich, y el jamón que hay en medio son tus electrones”, explicó el Dr. Guillaume Gervais, director del Laboratorio de Experimentos de Materia Condensada a Temperatura Ultra-Baja. “En un cristal electrónico 2D, los electrones están apretados entre los dos materiales y son asimismo bidimensionales. Pueden moverse en un plano, como bolas sobre una mesa de billar, pero no hay movimiento arriba y abajo. Hay grosor, pero están pegadas”.

Hasta un descubrimiento accidental durante uno de los primeros experimentos de Gervais a temperaturas ultra-bajas en 2005, no obstante, nadie había predicho la existencia de cristales electrónicos cuasi-tridimensionales.

“Decidimos pellizcar la bidimensionalidad aplicando un campo magnético muy grande, usando el mayor imán del mundo en el Laboratorio Magnético de Florida”, dijo. “Sólo tienes acceso al mismo durante cinco días al año, y el tercer día surgió algo totalmente inesperado”.

El “surgimiento” de Gervais fue la asombrosa transformación de un sistema electrónico bidimensional dentro del material semiconductor en un sistema cuasi-tridimensional, algo que la teoría existente no predecía.

“En realidad no es un 3-D, es un estado intermedio, un fenómeno totalmente nuevo”, dijo. “Este es el tipo de cosas que le encanta a los teóricos. Ahora se están rascando la cabeza intentando ajustar sus modelos”.

La importancia de este descubrimiento para la microelectrónica y la computación podrían ser profundas. Desde la invención del circuito integrado en 1958, la Ley de Moore ha alimentado la electrónica casera cada vez más rápida, ordenadores personales y la revolución de Internet que ha cambiado el mundo. Pero, explica Gervais, la Ley de Moore no es una fuerza irresistible, y en algún momento de la próxima década, inevitablemente colisionará con el objeto inmóvil de las leyes de la física.

“En un transistor estándar, tienes una puerta y el flujo de electrones se controla como si se tratase de un grifo que controlase un flujo de gas”, dijo. “Puedes imaginar las partículas como unidades independientes, las cuales nos permiten tratarlas como unos y ceros o encendido y apagado en la computación digital.

“No obstante, una vez que llegas a la nanoescala, las fuerzas cuánticas entran en juego y los electrones pueden condensarse en un estado colectivo y perder su naturaleza individual. Entonces surgen toda clase de extravagantes fenómenos. En algunos casos, incluso se dividen los electrones. Los conceptos de “encendido” y “apagado” pierden todo significado bajo estas condiciones”.

“Este tema es académica, pero no sólo académica. Los mismos materiales semiconductores con los que estamos trabajando, se usan actualmente el teléfonos móviles y otros dispositivos electrónicos. Tenemos que comprender los efectos cuánticos de forma que podamos usarlos en nuestro propio beneficio y tal vez reinventar por completo el transistor. De esta forma, el progreso en la electrónica seguirá su camino”.

Fuente:

Ciencia Kanija