Los descubrimientos tecnológicos revolucionarios de las próximas décadas, los que cambiarán la vida diaria, pueden provenir de nuevos materiales tan pequeños que hacen que los nanomateriales se vean como monstruos grumosos.
Estos nuevos materiales serán diseñados y refinados a escala de picómetro, que es mil veces más pequeño que un nanómetro y un millón de veces más pequeño que un micrómetro que en sí mismo es más pequeño que el ancho de un cabello humano.En este trabajo, los científicos necesitarán capacitación en una variedad de equipos nuevos que puedan medir y guiar materiales tan exquisitamente controlados. El trabajo consiste en diseñar los materiales teóricamente, fabricarlos y caracterizar sus propiedades.
En la Universidad de Yale, tienen un nombre para él; lo llaman "ciencia científica".
"Los investigadores de Yale están inventando nuevos materiales que son pequeños, rápidos y pueden funcionar de muchas maneras, como imitar las neuronas en el cerebro, computar con imanes y calcular con mecánica cuántica", dijo Frederick Walker, estudiante de último añocientífico investigador en el laboratorio de Charles Ahn, profesor de física aplicada, ingeniería mecánica y ciencia de materiales y física de John C. Malone, y presidente del departamento de física aplicada.
Ahn es el autor principal de un nuevo estudio que mueve la ciencia científica en otra dirección: tomar elementos de la tabla periódica y jugar con ellos a nivel subatómico para extraer nuevos materiales.
Sangjae Lee, un estudiante graduado en el laboratorio de Ahn y primer autor del estudio, diseñó y desarrolló el nuevo material, que es un cristal artificial en capas compuesto por los elementos lantano, titanio, cobalto y oxígeno.
Los investigadores colocaron los elementos en un plano atómico a la vez, de modo que las láminas de óxido de titanio de un átomo de espesor transfieren un electrón a láminas de óxido de cobalto de un átomo de espesor. Esto cambió la configuración electrónica y las propiedades magnéticas dehoja de óxido de cobalto.
"Pudimos manipular los átomos constituyentes con una precisión mucho más pequeña que el átomo mismo", dijo Lee. "Estos tipos de nuevos cristales pueden formar la base para desarrollar nuevos materiales magnéticos, donde un delicado equilibrio entre el magnetismo y la conducción electrónicaa escalas tan pequeñas se pueden manipular en dispositivos novedosos similares a transistores que tienen ventajas de rendimiento sobre los transistores actuales ".
Lee entrenó en una serie de instrumentos que se están desarrollando en la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York. Un sincrotrón es una máquina aproximadamente del tamaño de un campo de fútbol que acelera los electrones casi a la velocidad de la luzLos electrones generan rayos de rayos X extremadamente brillantes que son utilizados por los investigadores en experimentos.
El nuevo estudio aparece en la revista Cartas de revisión física y presenta coautores de Yale, Brookhaven, el Instituto Flatiron y el Laboratorio Nacional de Argonne. Los coautores de Yale, además de Ahn y Lee, son Sohrab Ismail-Beigi, Alex Taekyung Lee, Walker, Ankit Disa yYichen Jia.
Además de diseñar y cultivar los nuevos materiales, Sangjae Lee los caracterizó y analizó los resultados. Desde el punto de vista teórico, los colegas de Yale Alex Taekyung Lee y Alexandru Georgescu, quien ahora se encuentra en el Centro de Física Cuántica Computacional en el Instituto Flatiron,utilizó cálculos de mecánica cuántica para calcular la estructura de los materiales y su efecto en su configuración electrónica. Este trabajo permitió al equipo describir el estado magnético de los materiales.
Yale ha identificado el desarrollo de materiales cuánticos como un área de investigación prioritaria, previendo su uso en nuevos sistemas computacionales que superarán con creces las computadoras actuales. La universidad también ha notado la importancia de las colaboraciones con Brookhaven, que tiene algunos de los materiales más avanzadosinstalaciones de caracterización en los Estados Unidos, incluido el sincrotrón más nuevo del país.
"La invención de nuevos materiales ha estado en el corazón de los avances tecnológicos que han transformado nuestras vidas", dijo el coautor Ismail-Beigi, profesor de física aplicada en Yale. "Los nuevos materiales electrónicos han impulsado las capacidades cada vez mayoresde teléfonos celulares, computadoras, tabletas, relojes inteligentes y dispositivos médicos "
El coautor Walker enfatizó la importancia de la comunicación entre los experimentadores y los teóricos en la realización de la investigación en ciencias de la ciencia: "Un ciclo de retroalimentación sinérgica entre el diseño teórico y la fabricación experimental es crucial para descubrir con éxito las nuevas propiedades de los materiales", dijo. "Este ciclo de retroalimentación se ha convertido enuna firma del programa de descubrimiento de materiales de la National Science Foundation y fue desarrollado originalmente en Yale ".
El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Ciencias de la Energía Básica del Departamento de Energía de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Yale . Original escrito por Jim Shelton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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