Las computadoras que caben en nuestros bolsillos, las pantallas de televisión no más gruesas que una puerta y los automóviles solo un poco más grandes que sus pasajeros, la tecnología se vuelve cada vez más pequeña. Una razón importante para esta miniaturización es el desarrollo de resonadores de tamaño nanométrico, que convierten pequeñosniveles de potencia eléctrica en oscilaciones mecánicas a altas frecuencias.
"Los resonadores nanoelectromecánicos se utilizan en todo tipo de tecnología moderna. Puede que no los vea, pero se pueden encontrar en robótica, herramientas médicas y sensores ambientales", dice el profesor de la Universidad de Osaka, Hidezaku Tanaka, que está desarrollando nuevas nanotecnologías.
A principios de este año, Tanaka y su equipo de investigación informaron sobre un nanocable independiente que podría reducir las demandas de potencia de los nano-resonadores en un factor de cien.
"Los metales de transición se someten a una transición de aislante a metal. Hicimos nanocables independientes hechos de dióxido de vanadio VO 2 que tenía un alto rendimiento a baja potencia "
La transición de fase puede ocurrir inyectando energía eléctrica en VO 2 cristales. Debido a que la respuesta mecánica a la potencia no es lineal, Tanaka demostró que se podrían usar niveles bajos de potencia sin precedentes para generar una respuesta mecánica desproporcionadamente fuerte. Tanaka descubrió que el carácter independiente del cable es clave, ya que de lo contrario elno linealidad y, por lo tanto, la eficiencia energética era mucho menor.
"Construir el nanocable independiente no fue fácil. Los óxidos metálicos son muy rígidos y frágiles. Podríamos fabricar los nanocables cultivándolos en óxido de magnesio MgO y luego grabando la capa de MgO".
En su última publicación, el equipo de colaboración del grupo Tanaka, el grupo Profesor Daniele Marré en Italia y el grupo Dr. Nicola Manca en los Países Bajos para determinar qué tan simple es la construcción de nano-resonadores usando su VO 2 podrían ser nanocables independientes. Debido a las propiedades electromecánicas de VO 2 los cristales y su diseño independiente, los nanocables podrían generar oscilaciones mecánicas a frecuencias de MHz utilizando nada más que una simple fuente de alimentación de CC. Esta eficiente conversión de energía eléctrica en trabajo mecánico reduce la necesidad de dispositivos electrónicos dedicados, permitiendo así la creación de inclusosistemas nanoelectromecánicos NEMS más pequeños que los utilizados actualmente.
Los nanocables dependen de las oscilaciones espontáneas en la señal eléctrica causadas por las transiciones de fase en el VO 2 . Estas oscilaciones eléctricas causan el VO 2 los nanocables también oscilan, pero el acoplamiento electromecánico no lineal significa que esa potencia en la nanoescala puede generar VO 2 oscilaciones a frecuencias de MHz. El equipo demostró que la energía adicional para las oscilaciones de cristal viene en forma de calor causado por la energía eléctrica.
"Configuramos nuestro diseño para que un efecto Joule se localice en un espacio de VO expuesto 2 . Encontramos que la fuente de energía para la respuesta mecánica está dominada por las disipaciones térmicas y no por la energía eléctrica ", dijo Tanaka.
El diseño de un NEMS que explota eficientemente el calor generado por las transiciones de fase proporciona un nuevo paradigma para las tecnologías energéticamente eficientes.
"Nuestro sistema es simple y escalable. Abre la posibilidad de realizar NEMS que tienen conmutación rápida y funcionan con una fuente de alimentación de CC".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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