Un ojo ultravioleta hecho de silicio común
Una cámara que ve el ultravioleta suele costar lo mismo que un buen automóvil. Todo porque necesita un cristal especial y una fábrica compleja.
Cómo ver cómo cambia un material en billonésimas de segundo
El óxido de vanadio es un material que puede ser aislante, sin conducir corriente, o conductor, como un metal. La conmutación tarda billonésimas de segundo, y sobre esto se quieren construir dispositivos electrónicos ultrarrápidos.
Pero cómo ocurre exactamente fue durante mucho tiempo un misterio.
Fibras que absorben sangre
Una gota de sangre cae sobre un apósito hecho de fibras poliméricas finísimas. Normalmente queda sobre la superficie, como una gotita de rocío sobre papel encerado. El material repele el agua y la sangre no se absorbe, así que el apósito no se adhiere a la herida.
Los científicos modificaron la superficie de las fibras.
Luz atrapada en un alambre
Un cable ordinario a altas frecuencias se parece a una carretera llena de baches: la señal salta y parte de la energía se convierte en calor. Una cadena superconductora de aluminio y arseniuro de indio (un semiconductor) resulta ser una autopista lisa para las microondas.
La capa que bloquea el calor
Dentro de un transistor de alta potencia, el calor escapa a través de las uniones entre distintos cristales, como el agua a través de esclusas estrechas. Para los nitruros de aluminio y de galio —los materiales clave de la electrónica de potencia—, esa esclusa suele ser una fina capa de su aleación.
Impresión de electrónica con una sola gota
Una impresora que no imprime con tinta, sino con metal y cerámica, ya es una realidad. Los científicos tomaron una gota común de agua con sales metálicas disueltas y lograron que depositara sobre la superficie, según el caso, cobre, óxido de zinc o hidróxido de níquel. Todo ello con una precisión de millonésimas de metro.
El secreto está en la electricidad.
El láser que brilla con luz invisible
La luz ultravioleta con una longitud de onda de unos 300 nanómetros es invisible al ojo, pero puede destruir el ADN de los microbios, hacer que algunas sustancias brillen y transportar información. Hasta ahora, los láseres en este rango eran voluminosos, caros o de corta vida.
Cómo exprimir un fotón único de una lámina de átomos
Una lámina ultrafina de semiconductor es como la película de una burbuja de jabón, pero hecha de átomos de tungsteno y selenio. Si la pinchas con una aguja de diamante afilada, en ese punto aparecen diminutos defectos.
Cómo poner orden en un cable superconductor
Un cable superconductor fino, enfriado casi hasta el cero absoluto, es capaz de sentir una partícula de luz individual.
El fullereno deja entrar al hidrógeno: la luz de una nueva molécula
Una celda de sesenta átomos de carbono, parecida a un balón de fútbol, deja entrar en su interior a moléculas pequeñas. Las esferas de carbono llamadas fullerenos se acomodan en un cristal como naranjas en una caja: entre ellas quedan huecos.
Un puente diminuto abre el mundo dentro de un cristal
Las capas retorcidas de átomos en un material forman un patrón de pequeñas regiones — los dominios — cada uno de los cuales puede estar electrizado en una de dos direcciones, como la aguja de una brújula que apunta al norte o al sur. Antes, estos materiales se estudiaban solo en conjunto, midiendo miles de dominios a la vez, y su comportamiento general era como un coro donde no se distinguen las voces individuales.
Luz en lugar de cables: cómo sacar la señal de un congelador
Un termo con xenón líquido, enfriado a menos cien grados. Dentro, sensores sensibles que captan señales raras de partículas de materia oscura. Para sacar esas señales fuera, normalmente se usan cables de cobre. Pero en el camino largo la señal se debilita y los cables vecinos empiezan a "cuchichear" entre sí: eso se llama diafonía.
Triones sin dopaje: cómo brillan los cristales puros
La luz en los semiconductores nace de pares de cargas: un electrón y un hueco que se atraen mutuamente, como un imán a la puerta de la nevera. Ese par se llama excitón. Si al par se le añade otra carga, se obtiene un trión: un trío de tres partículas.
Un cristal en capas amplifica la luz siete veces
Un trozo común de semiconductor cambia débilmente el color de la luz que lo atraviesa. Durante décadas, los físicos sortearon esta limitación colocando el cristal en un entorno ingenioso, pero el material en sí seguía siendo el mismo.
Ahora, los investigadores han ensamblado un "sándwich" de capas delgadas alternadas de arseniuro de galio y arseniuro de aluminio y galio.
Un detector que atrapa la luz con cuatro manos
Una tira superconductora más fina que un cabello humano descansa sobre un sustrato de silicio. Junto a ella, una diminuta guía de onda por la que viaja un haz de luz. Cuando un fotón incide en la tira, esta se calienta una fracción de grado y cambia inmediatamente su resistencia. Así, la luz se convierte en una señal eléctrica.
Cómo enfriar un chip: una película que disipa el calor
Los circuitos integrados dentro de los teléfonos inteligentes y los ordenadores son cada vez más densos: miles de millones de transistores empaquetados en un trozo de silicio del tamaño de una uña. Al funcionar, desprenden calor como diminutas estufas. Si no se disipa, el chip se sobrecalienta, empieza a fallar o se estropea.
El rayo que respeta las células sanas
Dos ciudades: una con calles rectas y ordenadas, la otra con callejones laberínticos. Si por ambas se hace pasar un potente chorro de agua, en la primera el agua se escurrirá rápido por los canales, mientras que en la segunda inundará todo a su alrededor. Algo así ocurre con los tejidos durante la radioterapia ultrarrápida, conocida como FLASH.
Convertidor piezoeléctrico de nitruro de aluminio
La corriente eléctrica en un enchufe es como agua en una tubería a alta presión. Para alimentar un chip delicado, hay que reducir esa presión, y normalmente lo hacen voluminosas bobinas con núcleos de hierro.
El orden de los átomos cambia el color del cristal
Un cristal de germanio con estaño se parece a un mosaico donde cada tesela es un átomo. Si colocas las teselas al azar, el color del mosaico es uno, pero si las ordenas formando un patrón, es otro.
Un interruptor atómico controla la luz de las moléculas
En una molécula, similar a la clorofila y construida a partir de carbono, un átomo de metal en el centro funciona como un interruptor. Desplazándolo una fracción de nanómetro, se puede hacer que la molécula brille, se apague o amplificar su brillo cientos de veces.
Cristales a partir del fundido: cómo cultivar un semiconductor perfecto
Un cristal crece en una disolución caliente, como un caramelo en un palo en almíbar de azúcar. Solo que en lugar de azúcar hay óxido de germanio, y en lugar del palo, una diminuta semilla. Cambiando la composición de la disolución se puede hacer que el cristal crezca más rápido, que cambie la forma de sus caras o incluso que se convierta en un agregado de muchos cristales pequeños.
Memoria que brilla
Una memoria USB común guarda bits en trampas de electrones, pero solo se pueden leer mediante un cable y un amplificador separados. En el nuevo desarrollo, el mismo trozo de semimetal teluro hace las veces de almacén y de bombilla.
Azul de europio: más brillante y estable
El azul es el color más caprichoso de cualquier pantalla. Para obtenerlo, hay que gastar mucha energía y, a menudo, la luz resulta apagada. Los químicos llevan tiempo buscando moléculas que brillen en azul profundo de forma intensa y duradera. Ahora han ideado un nuevo diseño basado en europio, un metal de tierras raras capaz de emitir una luz azul pura.
Un diamante que aprendió a conducir la electricidad
El diamante es el material natural más duro y normalmente no conduce la electricidad. Pero si se añaden algunos átomos extraños a su red cristalina, puede convertirse en un semiconductor, como el silicio de los chips de computadora.
Ladrillos cuánticos en el borde del cristal
Una tela que se estira solo a lo largo, pero no a lo ancho. Así es aproximadamente un material semidirácico: en él, los electrones pueden moverse libremente en una dirección, mientras que en la otra apenas se desplazan. Debido a esta anisotropía inusual, en los bordes del cristal bidimensional aparecen caminos especiales: canales unidimensionales.
Un electrodo transparente captura la luz y amplifica la señal
La luz deja huella incluso cuando apenas existe. Un fotón individual, un diminuto paquete de energía, incide sobre una oblea de silicio y libera un puñado de electrones. El problema es que ese puñado es demasiado pequeño para ser detectado. Se necesita un amplificador.
Una llave de luz para electrones zurdos y diestros
Un carrusel con dos tipos de asientos: unos giran en el sentido de las agujas del reloj y otros en sentido contrario. Si se empuja todo a la vez, el carrusel se sacude pero permanece en su sitio.
El oxígeno decide si la irradiación ultrarápida salva tejidos
Un flash fotográfico que se dispara en una milésima de segundo no calienta el objeto, a diferencia de uno normal que dura un segundo entero. En radioterapia se descubrió un truco similar: cuando la dosis de radiación se administra en milisegundos en lugar de minutos, los tejidos sanos sufren menos.
El ultrasonido cocina el tumor con precisión
El sonido de alta frecuencia, enfocado en un solo punto, actúa como una lente invisible que concentra la luz del sol. Dentro del tumor, esa lente genera en un segundo una temperatura de unos 72°C — como el agua caliente del grifo, pero dentro del tejido vivo. Mientras tanto, las células sanas de alrededor permanecen casi intactas.
50 átomos de rubidio en un solo chip: la cadena de montaje de fotones individuales
Un fotón individual es como un ladrillo perfectamente liso con el que se pueden construir tecnologías cuánticas. Pero para construir una casa, se necesitan miles de ladrillos idénticos. Los átomos de rubidio son emisores natos: cada átomo emite fotones de una sola longitud de onda, como un diapasón que siempre da la misma nota.
Luz atrapada en un cristal: un camino barato hacia chips rápidos
Se puede hacer que la luz gire a voluntad, como el agua en una manguera, si se sabe dónde presionar. Eso es exactamente lo que hacen los circuitos electroópticos: cambian la dirección del haz dentro del chip mediante un campo eléctrico.
La amenaza invisible tras una guerra nuclear
Tras una explosión nuclear, el hollín se eleva al cielo. Se asienta muy por encima de las nubes, en la estratosfera, y permanece allí durante años. Este hollín actúa como una cortina densa: retiene parte de los rayos solares y altera parte de la química del cielo.
Puntos de platino avivan la memoria del transistor
Una película de plástico del grosor de un cabello, y en su interior, puntos de platino de menos de una millonésima de milímetro. Estos puntos se sitúan en la frontera entre dos capas del transistor y atrapan la carga eléctrica como una esponja atrapa el agua. Cuando la carga se acumula, el transistor cambia su resistencia y recuerda ese estado.