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El grafeno se convierte en un superconductor

31.03.2014

Físicos estadounidenses han descubierto que el grafeno se puede convertir en materia superconductora al estudiar las propiedades de los "sándwiches" de capas monoatómicas de carbono y calcio, según un artículo publicado en la revista Nature Communications.

"Usando una nueva técnica, pudimos demostrar por primera vez cómo los electrones en las capas de grafeno en este "sándwich" se combinan en pares de Cooper, lo que proporciona superconductividad y también revela el papel de las capas de calcio. Ahora podemos decir que entendemos completamente cómo funciona la superconductividad en este material”, dijo Jonathan Sobota de la Universidad de Stanford (EE. UU.).

Sobota y sus colegas dicen que han desentrañado el secreto de la superconductividad del grafeno y han encontrado formas de ponerlo en práctica al estudiar la estructura de un "sándwich" de grafeno y láminas ultrafinas de calcio usando el emisor de sincrotrón SSRL en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en Stanford. .

Como señalan los autores del artículo, los físicos de todo el mundo han sido muy conscientes de que los "sándwiches" hechos de grafeno y calcio tienen propiedades superconductoras durante aproximadamente 10 años. En los últimos años, los científicos han intentado replicar esta propiedad en grafeno "puro" y otros materiales, pero han fracasado debido a la falta de comprensión de cómo se produce esta superconductividad.

El grupo de Sobota resolvió este problema mediante rayos X de piezas de láminas de grafito y calcio, lo que les ayudó a comprender cómo se mueven los electrones dentro del sándwich y cómo se forman los llamados "pares de Cooper" que proporcionan superconductividad.

Según los investigadores, el grafeno juega un papel principal en la formación de estos pares, mientras que el calcio juega un papel secundario. Los científicos afirman que los datos que han recopilado ayudarán a crear grafeno superconductor en un futuro próximo, lo que permitirá el desarrollo de transistores ultrarrápidos y dispositivos de computación cuántica basados en él.

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Los nanoporos se calientan cuando los iones pasan a través de ellos. 15.02.2022

Científicos japoneses del Instituto de Investigación Científica e Industrial (SANKEN) de la Universidad de Osaka descubrieron que los nanoporos se calientan cuando una corriente de iones los atraviesa. Este fenómeno se explica por la ley de Ohm y puede ser útil en la secuenciación de ADN, y también presenta perspectivas para el uso de nanoporos en biosensores.

Los nanoporos son pequeños agujeros en una membrana. Su tamaño es tan pequeño que solo una de las cadenas de ADN o una partícula de virus puede pasar a través de un poro. Ahora se están estudiando los nanoporos para su uso en sensores. Por lo general, se aplica un voltaje eléctrico para obligar a una sustancia a pasar a través de un nanoporo. Entonces los iones contenidos en la solución pueden pasar a través del poro. Sin embargo, se sabe que la energía eléctrica se convierte en energía térmica a través de una resistencia. Esta es la ley de Joule-Lenz. Este fenómeno no ha sido estudiado previamente en nanoporos.

Investigadores japoneses han estudiado cómo la aplicación de voltaje eléctrico afecta el calentamiento de un nanoporo. Utilizaron un termopar (un sensor de temperatura que transmite un voltaje eléctrico dependiente de la temperatura) hecho de nanocristales de oro y platino. Su punto de contacto era solo de 100 nm. Usando un termopar, los científicos midieron la temperatura cerca de un nanoporo de 300 nm cortado en una película de 40 nm de espesor en una oblea de silicio. Los científicos pasaron una solución tampón de fosfato a través del nanoporo y midieron la corriente de iones en función del voltaje aplicado. Resultó que el calor que se liberaba cerca del nanoporo era proporcional a la velocidad de la corriente de iones. Esto es consistente con la ley de Ohm clásica.

Los científicos descubrieron que a medida que disminuía el tamaño del nanoporo, el efecto térmico se hacía más pronunciado. Esto se debe al hecho de que el líquido menos enfriado pasa a través del poro y no es posible equilibrar la temperatura. Como resultado, no se puede despreciar la liberación de calor, ya que eleva la temperatura varios grados.

Los investigadores creen que este efecto se puede utilizar en el futuro. Por ejemplo, los nuevos sensores basados en nanoporos podrían no solo detectar virus, sino también inactivarlos. Además, debido al calentamiento, los nanoporos no se obstruirán con polímeros. Además, el efecto térmico puede ayudar a separar las cadenas de ADN durante su secuenciación.

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