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Espectrómetro en tu bolsillo

02.06.2016

Un espectrómetro de terahercios moderno le permite determinar casi todas las sustancias: en la parte del espectro que captura dicho dispositivo, cae la radiación, lo que produce la mayoría de los medios condensados (líquidos, sólidos, tejidos vivos) y, por supuesto, materiales explosivos.

Sin embargo, el dispositivo en sí es bastante voluminoso y lento: necesita una fuente de radiación del tamaño de una unidad de sistema, y el análisis de una muestra lleva hasta media hora, lo que no es la forma más conveniente de buscar explosivos en el aeropuerto.

En los espectrómetros tradicionales, se mide la reacción del analito a la radiación con una frecuencia determinada y se realiza una nueva medición para cada frecuencia, y esto requiere, entre otras cosas, manipulaciones mecánicas con el aparato. Por eso el análisis lleva mucho tiempo en los espectrómetros tradicionales.

La respuesta de los desarrolladores del MIT es el Quantum Cascade Laser (QCL). Tiene aproximadamente el tamaño de un microcircuito y da el resultado en 100 microsegundos.

Como todos los láseres eléctricos, QCL "impulsa" una onda electromagnética en el medio activo de un lado a otro hasta que su energía le permite salir al exterior. Para ordenar las frecuencias de las ondas producidas por el láser, los ingenieros del MIT utilizaron un peine de frecuencias. Genera una serie de pulsos ordenados por longitud de onda.

El método se probó en un material cuyo espectro se había calculado de antemano y los resultados fueron muy precisos.

Pero hay un problema: aunque los láseres de cascada cuántica son muy pequeños, deben enfriarse a temperaturas muy bajas y el refrigerador ocupa mucho espacio. Los desarrolladores están trabajando para aumentar la temperatura de funcionamiento y otras formas de resolver el problema. Por ejemplo, es posible enfriar el dispositivo no todo el tiempo, sino solo en aquellas fracciones de segundo cuando el láser está funcionando.

Los expertos consideran que el uso de QCL en los espectrógrafos es un gran avance; quizás esta tecnología permita crear espectrómetros muy compactos y muy rápidos que se pueden usar en cualquier lugar, incluso en los aeropuertos para escanear el equipaje. Entonces aquellos que pasen el control no tendrán ni una sola oportunidad de llevar a bordo una sustancia prohibida.

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Diamante artificial obtenido a temperatura ambiente 23.11.2020

La nueva tecnología hace posible sintetizar diamantes artificiales sin un fuerte calentamiento y obtener incluso la lonsdaleita más rara con cristales especialmente fuertes.

En condiciones naturales, los diamantes se forman en las profundidades de las entrañas de la Tierra. Su formación lleva mucho tiempo, requiere alta presión y calentamiento por encima de 1000 °C. Es posible obtener diamantes sintéticos más rápido, aunque el proceso todavía tiene lugar a presiones y temperaturas enormes. Los científicos han aprendido a prescindir del calentamiento solo ahora, después de haber desarrollado la síntesis de diamantes a temperatura ambiente ordinaria.

Los átomos de carbono pueden formar una variedad de estructuras, desde grafeno plano y negro hasta diamante ultrarresistente y transparente. Sin embargo, los diamantes también son diferentes: las partículas en sus cristales se pueden combinar no solo en una cúbica "clásica", sino también en una red cristalina hexagonal, formando una forma especial de diamante: la lonsdaleita. Es incluso más duro que el cúbico, pero es mucho menos común en la naturaleza. Sí, y en el laboratorio es más difícil obtenerlo.

Sin embargo, un equipo internacional de científicos dirigido por el profesor de la Universidad Nacional de Australia, Jody Bradby, logró sintetizar diamantes tanto cúbicos como hexagonales sin el uso de altas temperaturas. Por regla general, para ello intentan recrear artificialmente las condiciones del interior de la tierra con su calor y enorme presión. Sin embargo, esta vez, los físicos recurrieron a otro mecanismo natural para la formación de diamantes: el meteorito.

De hecho, estos cristales pueden aparecer a partir del carbono como resultado de poderosos impactos de cuerpos celestes, no solo en la Tierra, sino también en el espacio. Se supone que la temperatura no es tan importante como la fuerza de corte, por lo que diferentes capas del material experimentan una fuerza dirigida en diferentes direcciones. Imagine un fuerte empujón en una mesa con patas sueltas: el tablero de la mesa se mueve en una dirección, las patas se mueven en la dirección opuesta.

Por ello, los autores diseñaron un montaje que permitía actuar sobre una muestra de grafito con una potente fuerza de corte y, al mismo tiempo, una enorme presión. Después de examinar la muestra bajo un microscopio electrónico, encontraron cristales de diamante. Los cristales cúbicos formaron el "capilar" más delgado entre las capas de lonsdaleita. El proceso tomó solo unos minutos, y los científicos esperan que pueda finalizarse para aplicaciones industriales y síntesis masiva de este material increíblemente fuerte.

Incluso es posible que aumentando aún más la fuerza de corte, será posible reducir la presión requerida para la formación de cristales. Hasta ahora, esto requiere alrededor de 80 GPa, como señalan los autores, "una presión comparable al peso de 640 elefantes africanos en equilibrio sobre la punta de una zapatilla de ballet".

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