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Por primera vez se capta una imagen de electrones fluyendo como agua.

electrones

Créditos de las imagenes: public.

Con frecuencia hablamos del “flujo” de los electrones por los materiales, pero de hecho, normalmente no se mueven como un líquido.

Dicho flujo “hidrodinámico” de electrones ha sido previsto desde hace mucho tiempo, sin embargo, recientemente físicos de Israel lograron, con la ayuda de una técnica especial, captar imágenes de los electrones fluyendo de manera similar al agua por una tubería.

Esta es la primera vez que se puede visualizar dicho “flujo líquido de electrones”, lo que tiene implicaciones vitales para los dispositivos electrónicos futuros.

Por lo general, los electrones se mueven por los conductores más como un gas que como un líquido.

Es decir, no chocan unos con otros, sino que tienden a rebotar las impurezas e imperfecciones del conductor.

El flujo de un líquido, en contraste, toma su forma, sea de olas o remolinos, de las frecuentes colisiones entre las partículas que hay en el líquido.

Para lograr que los electrones fluyan como un líquido, se necesita un tipo de conductor diferente, y el equipo acudió al grafeno, que es una capa de carbono de un átomo de espesor, que se puede hacer excepcionalmente limpia.

“Las teorías sugieren que los electrones líquidos pueden realizar hazañas excelentes que sus contrapartes no líquidas no pueden.

Pero para obtener una prueba irrefutable de que los electrones pueden, de hecho, formar un estado líquido, deseábamos visualizar directamente su flujo”, afirmó el profesor Shahal Ilani, director del equipo del Departamento de Física de la Materia Condensada del Instituto Weizmann.

Para capturar la imagen del flujo de los electrones, los investigadores tuvieron que desarrollar una técnica que fuera lo suficientemente poderosa como para examinar dentro del material y a la vez lo bastante sutil como para evitar perturbar el flujo.

El equipo de Weizmann creo dicha técnica, que recientemente reportaron en Nature Nanotechnology. Su método consiste de un detector a nano escala construido de un transistor de nano tubo de carbono que puede captar con sensibilidad sin precedentes la imagen de las propiedades de los electrones fluyendo.

“Nuestra técnica es por lo menos 1000 veces más sensible que los métodos alternativos, lo que nos permite captar la imagen de fenómenos que anteriormente solo se podía estudiar indirectamente”, afirmo el Dr. Joseph Sulpizio del equipo de Weizmann.

En una nueva investigación publicada en Nature, los investigadores de Weizmann aplicaron su innovadora técnica de captura de imágenes a dispositivos de grafeno de vanguardia producidos por el grupo del profesor Andre Geim de la Universidad de Manchester.

Estos dispositivos son “canales” a nanoescala, diseñados para guiar el flujo de los electrones. El equipo observó el sello distintivo del flujo hidrodinámico: como el agua en una tubería, los electrones en el grafeno fluyeron más rápido en el centro de los canales y desaceleraron en las paredes.

Esta demostración, de que bajo las condiciones correctas los electrones pueden imitar el patrón de un líquido convencional, puede resultar beneficiosa para la creación de nuevos dispositivos electrónicos, incluidos los de baja potencia, en los cuales el flujo hidrodinámico reduce la resistencia eléctrica.

“Los centros de cómputo y la electrónica de consumo están devorando una cantidad cada vez mayor de energía, y es urgente encontrar maneras para que los electrones fluyan con menos resistencia”, afirma el Dr. Lior Ella, también del equipo de Weizmann.

El grupo experimental de Weizmann también incluye a Asaf Rozen y Debarghya Dutta. Los dispositivos de grafeno fueron producidos por John Birkbeck y los doctores David Perello y Moshe Ben-Shalom del grupo del profesor Andre Geim de la Universidad de Manchester.

Los cálculos teóricos y las simulaciones computaciones para apoyar los experimentos fueron realizados por los doctores Thomas Scaffidi, Tobias Holder, Raquel Queiroz, Alessandro Principi y el profesor Ady Stern.

 

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