Vinculación entre el espín de un electrón y su órbita

(NC&T) La investigación ha sido realizada por Paul McEuen y Daniel Ralph, profesores de física en la Universidad de Cornell, y los antiguos investigadores de esa universidad, Shahal Ilani, ahora en el Instituto Weizmann de Ciencia, en Israel, y Ferdinand Kuemmeth, ahora en la Universidad de Harvard.
Los nanotubos de carbono son diminutos cilindros cuyas paredes están formadas por átomos de carbono. En lugar de orbitar a átomos individuales, los electrones libres en un nanotubo orbitan alrededor de su circunferencia. Entretanto, el electrón que describe ese círculo puede tener su espín orientado en dos posibles direcciones.Para probar esto, los investigadores crearon un dispositivo diminuto en el que un nanotubo de carbono de aproximadamente 5 nanómetros de diámetro y 500 de largo estaba montado entre dos electrodos sobre una estructura de silicio, lo que permite la aplicación de cargas eléctricas variables al tubo. El diseño del dispositivo hizo posible crear puntos cuánticos que contienen un pequeño número de electrones, que puede ser de hasta de un solo electrón.Aplicando un campo magnético a lo largo del eje del tubo y midiendo el flujo de corriente a través del mismo, los investigadores pudieron determinar los niveles de energía de los electrones en las cuatro posibles combinaciones de espín y órbita (con el espín hacia "arriba" o hacia "abajo" y la órbita en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario) y encontraron que cambiando la dirección de la órbita cambiaba la energía. La órbita del electrón afecta su espín y viceversa.
En un nanotubo de carbono, los electrones pueden girar alrededor de él. (Foto: Cornell U.)
Esto no impide utilizar los nanotubos en la computación cuántica, pero define nuevas reglas de diseño. También es interesante desde el punto de vista de la física fundamental, porque es la topología cilíndrica única de los nanotubos lo que permite que los electrones tengan órbitas bien definidas y por consiguiente registren este acoplamiento.El mismo experimento se realizó con los "huecos", o sea lugares donde falta un electrón, creando el equivalente de una carga positiva que se mueve alrededor del tubo.

NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA

Sobre los nuevos superconductores basados en hierro

La nueva familia de superconductores basada en hierro presenta nuevas posibilidades teóricas y quizás prácticas. Al parecer desafían los modelos teóricos existentes.
Investigadores chinos y de la Johns Hopkins University han revelado algunos de los misterios de los nuevos superconductores recientemente descubiertos. Esto podría dar lugar a un mejor diseño de los superconductores que ahora se usan en la industria o medicina.En el artículo publicado en Nature Chia-Ling Chien, Jacob L. Hain Professor y sus colaboradores ofrecen nuevas pistas para comprender las características de la superconducción de la nueva familia de superconductores basados en hierro. Al parecer los nuevos superconductores de alta temperatura crítica (pero, de momento, no tan alta como la de los cupratos) tienen nuevas características. Según ellos se necesitan de teorías nuevas que expliquen la superconducción en este tipo de materiales. En un alarde de optimismo, incluso especulan que se podría conseguir la superconducción a temperatura ambiente en el futuro. Los superconductores son materiales que conducen la corriente eléctrica sin pérdida cuando están por debajo de cierta temperatura. Así, un anillo superconductor puede mantener una corriente circulando por el indefinidamente sin pérdidas ni calentamiento. Los superconductores tradicionales realizan esto cuando su temperatura está muy cerca del cero absoluto (la superconductividad tradicional fue descubierta en 1911), pero en 1986 se descubrió una familia de superconductores basada en cupratos (óxidos de cobre), como el YBaCuO, que hacían esto mismo a una temperatura relativamente alta (incluso mayores a los 138 K), de tal modo que bastaba nitrógeno líquido (que hierve a 79 K) para que se tornaran superconductores. Recientemente, investigadores japoneses y chinos han descubierto una nueva familia de superconductores de alta temperatura de una composición distinta, resultado del que dábamos cuenta en NeoFronteras hace poco.Los superconductores se utilizan en medicina en las máquinas de resonancia magnética nuclear (con superconductores de baja temperatura) y en algunos dispositivos electrónicos (con superconductores de alta temperatura).Aunque se ha planteado la construcción de trenes de levitación magnética (maglevs) basados en la superconducción, solamente se disponen de prototipos, ya que el precio de construcción de estas líneas es de momento prohibitivo. Otras aplicaciones serían la construcción de generadores y motores eléctricos muy eficientes, así como líneas de transmisión de corriente sin pérdidas.Disponer de superconductores a temperatura ambiente sería tecnológicamente revolucionario, pero no se dispone de una teoría que explique bien la superconducción a alta temperatura que guíe en el diseño de esos hipotéticos superconductores a temperatura ambiente.Todos los metales contienen electrones de conducción que, al poder circular por el material, permiten la conducción eléctrica, aunque en condiciones normales sufren una resistencia a su avance por el mismo. La superconductividad puede explicarse mediante la existencia de pares de Cooper. Cuando las temperaturas son muy bajas aparecen los pares de Cooper. Éstos son asociaciones de dos electrones que se mantienen unidos de tal modo que la atracción entre estos electrones de spines opuestos es mayor que la repulsión entre sus cargas. La cantidad de energía necesaria para romper esta unión entre los electrones del par se denomina zanja de energía y determina la fortaleza del estado superconductor. Esta zanja es alta a bajas temperaturas, pero desaparece por encima de la temperatura crítica cuando el estado superconductor deja de existir.Según Chien la estructura y la dependencia de la zanja de energía revela el “alma” del superconductor. En este caso el equipo de investigadores midió la zanja de energía y su dependencia con la temperatura revelando que el mecanismo de formación de pares en los superconductores basados en hierro es diferente del de los cupratos de alta temperatura. Para sorpresa de los investigadores los resultados son incluso incompatibles con las nuevas teorías propuestas que pretenden explicar el fenómeno superconductivo.Según ellos está claro que hay que reexaminar los modelos teóricos antiguos y desarrollar nuevos modelos.

La NASA lanza el 'Glast' para estudiar explosiones violentas de rayos gamma

Un cohete 'Delta 2' surca el cielo para poner en órbita al 'Glast'. (Foto: EFE)
Actualizado miércoles 11/06/2008 21:01 (CET)
ÁNGEL DÍAZ
MADRID.- Un nuevo satélite de la NASA acaba de partir hacia la órbita terrestre con el fin de estudiar uno de los misterios mejor escondidos del universo: las explosiones de rayos gamma.
La misión GLAST (acrónimo en inglés de Telescopio Espacial de Gran Área de Rayos Gamma) ha despegado a las 18.05 (hora peninsular española) desde Cabo Cañaveral y a lomos de un cohete estadounidense Delta 2.
Pese al poderoso estruendo energético que provocan -son los estallidos de radiación más intensos del cosmos-, el origen y naturaleza de las explosiones gamma aún no han sido esclarecidos.
"Un solo GRB [acrónimo en inglés de Explosión de Rayos Gamma] puede lanzar en cuestión de segundos la misma cantidad de energía que nuestro Sol radiará durante sus 10.000 millones de años de vida", explica Neil Gehrels, investigador del Centro de Vuelo Espacial de la NASA.
Pero 'Glast' no estudiará en exclusiva estos eventos astronómicos, sino que también observará estrellas de neutrones, la radiación de fondo del universo, los rayos cósmicos y otros eventos u objetos astronómicos situados en el rango de lo que la NASA ha denominado "el universo extremo".
De acuerdo con el científico Steve Ritz, uno de los máximos responsables del proyecto, las galaxias, y más en concreto sus corazones, serán una de las prioridades de la misión, y además se espera obtener sorprendentes resultados en este área.
"Los núcleos de las galaxias activas serán el pan y la sal de GLAST. Ahí habrá resultados garantizados", señala este experto.
Las explosiones gamma duran entre unos pocos milisegundos y varios minutos; de hecho, son tan fugaces que se los astrónomos las catalogan como "largas" si se mantienen en el cielo durante más de dos segundos.
Los núcleos activos de galaxias (llamados a veces AGN, por sus siglas en inglés) son regiones muy convulsas, gobernadas por enormes agujeros negros que tienen miles de millones de veces la masa del Sol.
De hecho, nuestra propia Vía Láctea también tiene un agujero negro supermasivo en su centro, según ha podido confirmarse recientemente.
La acción gravitatoria de los agujeros negros provoca violentas erupciones de energía que aún no han sido estudiadas en profundidad en rayos gamma, que no es más que un tipo de luz, invisible y dañina para nosotros, que se sitúa más allá de los rayos X en el espectro electromagnético.

Critican ley contra gratuidad

La Comisión de Educación del Congreso comenzó la discusión del proyecto de ley de la parlamentaria fujimorista Martha Hildebrandt, que propicia que los alumnos de colegios particulares paguen por su educación universitaria en instituciones públicas, propuesta que fue tildada de “discriminatoria” por el presidente del grupo de trabajo, Pedro Santos.El nacionalista Santos señaló que la comisión pedirá a organizaciones e instituciones especializadas sus opiniones para perfeccionar el proyecto presentado, pero adelantó que no comparte la propuesta de eliminar la gratuidad de la enseñanza en los centros estatales, por discriminar a los alumnos que proceden de colegios privados.De la misma opinión fue su colega ex presidente de la Comisión de Educación, Rafael Vásquez, quien propuso, más bien, que el Estado se comprometa a llevar adelante una gran transformación de la educación “que contemple la educación como un derecho, y que siga siendo gratuita con inversión del Estado en función de los planes de desarrollo nacional”, como ocurre en otros países.Al final del debate, la congresista Hildebrandt saludó que se esté dejando de lado la actitud “vergonzante” y “secreta” en que incurren las universidades por el hecho de cobrar a sus alumnos, “como si fuera pecado y estuviera yendo contra la Constitución”, enfatizó.

La Universidad: encrucijada

César Lévano
El debate sobre la gratuidad de la enseñanza en la universidad pública exhibe en toda su desnudez la pobreza de las ideas en juego, y ­arroja luz sobre la institución universitaria.La discusión se inició debido a un proyecto de Martha Hildebrandt que propone que los estudiantes que provengan de colegios particulares paguen una pensión mensual equivalente a la mitad de lo que abonaban en su plantel de secundaria.La iniciativa no resuelve nada. En primer lugar, porque los verdaderamente ricos no en­vían a sus hijos a las universidades del Estado. Encuestas antiguas y recientes en San Marcos, por ejemplo, indican que la ­abrumadora mayoría de los ­alumnos son de hogares de capas medias, y de sectores aún más pobres.Si algún porcentaje de ese ­alumnado estudió previamente en colegios privados, éstos deben de haber sido de nivel modesto. Los fondos consiguientes serían, pues, exiguos. Los trámites investigatorios y administrativos para establecerlo resulta­rían costosos y burocratizantes. Recordemos, además, que muchos padres recurren a los colegios privados debido a la mala calidad de los públicos. Lo hacen a costa de grandes sacrificios.¿Atenta la propuesta Hildebrandt contra la Constitución? Sí. El artículo 17 expresa: “el Estado garantiza el derecho a educarse gratuitamente a los alumnos que mantengan un rendimiento satisfactorio y no cuenten con los recursos económicos necesarios para cubrir los costos de educación.”El dispositivo no condiciona el ingreso de los jóvenes a la universidad. Habla de quienes mantengan rendimiento satisfactorio; es decir, que estén ya estudiando y rindiendo pruebas.El debate arroja una lección: las universidades públicas padecen clamorosas insuficiencias. No tienen aulas suficientes ni ­adecuadas, carecen de bibliotecas y laboratorios puestos al día, no otorgan becas para estudios en el exterior (Chile envía este año 2,500 jóvenes a perfeccionarse en Europa y Estados Unidos). Los profesores universitarios del Perú están muy mal pagados.La gratuidad de la enseñanza en todos los niveles es una conquista que se debe respetar. Forma parte del movimiento mundial por el avance democrático, la igualdad y la justicia. Como se sabe, Europa, a diferencia de Estados Unidos, considera deber del Estado la educación gratuita. En Alemania, verbigracia, los estudiantes universitarios sólo pagan una suma modesta para seguro de salud.En Finlandia, el país de mejor nivel educativo en el mundo, la gratuidad es absoluta. Los maestros de primaria y secundaria tienen buenos sueldos y los ­alumnos, desde libros hasta lápices gratuitos. Todos los estudiantes tienen derecho a una comida caliente.La gratuidad de la enseñanza, desde el jardín hasta la universidad, es emblema de civilización. Hay que reforzarla.

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