10/08/2012 - Aplicaciones de la nanotecnología y corriente eléctrica

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Investigadores del Reino Unido han creado un nanodispositivo que podría cambiar radicalmente la manera en que se define hoy en día la corriente eléctrica. En la revista Nature Communications han publicado un estudio que demuestra que el uso de formas de onda diseñadas expresamente para el caso puede aumentar la precisión de una bomba de punto cuántico semiconductor.

Empleando nanodispositivos, científicos del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido y de la Universidad de Cambridge han generado corrientes eléctricas precisas. La bomba de electrones mencionada tiene la capacidad de captar electrones uno a uno y después hacerles cruzar una barrera. De este modo se obtiene una corriente eléctrica bien definida.

Según los autores, este innovador dispositivo manipula electrones únicos para estimular una corriente eléctrica. Este logro podría terminar por sustituir el actual amperio, que depende de la medición de fuerzas mecánicas en cables conductores de corriente.

El equipo ensayó la forma exacta de los pulsos de tensión que manipulan la captación y la eyección de los electrones. Sus integrantes lograron acelerar la tasa total de bombeo sin perder precisión gracias a que cambiaron la tensión lentamente mientras se atrapaban electrones para, acto seguido, volver a modificar la tensión con rapidez durante su eyección.

De este modo, los autores lograron bombear casi mil millones de electores por segundo, de manera que superaron trescientas veces el récord logrado hace dieciséis años con una bomba precisa de electrones por el NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos).

Calcularon la corriente con una precisión de una parte por millón, si bien la corriente resultante fue pequeña, en total de 150 picoamperios (es decir, 10 000 millones de veces más pequeña que la corriente empleada en poner a hervir una tetera). Este hito resultará de utilidad para quienes investiguen el control preciso y rápido de electrones únicos y podría propiciar una nueva definición de la unidad del amperio.

«Nuestro dispositivo se asemeja a una bomba de agua en que produce un flujo a partir de una acción cíclica», explicó uno de los autores, Masaya Kataoka del Grupo de Detección Cuántica del NPL. «Lo más complicado es asegurarse de que en cada ciclo se transporte exactamente la misma carga electrónica. Los electrones se comportan en nuestro dispositivo de un modo bastante similar a como lo hace el agua: si se intenta coger un volumen fijo de agua con una taza o una cuchara, hay que moverse lentamente para no verter nada de agua. Eso exactamente les pasaba a los electrones si procedíamos con demasiada rapidez.»

En referencia a esta investigación, el autor principal, Stephen Giblin, perteneciente al mismo grupo del NPL, informó: «Llevamos varios años esforzándonos por optimizar el diseño de nuestro dispositivo, y el mayor progreso lo logramos cuando ajustamos la secuencia temporal. Básicamente, hemos batido en un factor de trescientos el récord de precisión en la medición de la corriente de un único electrón.»

«Aunque el hecho de mover electrones uno a uno no es ninguna novedad, nosotros somos capaces de hacerlo a mucha más velocidad y con una fiabilidad muy elevada: mil millones de electrones por segundo, y con una precisión de menos de un error por millón de operaciones. El uso de fuerzas mecánicas para definir el amperio era lo más lógico en los últimos sesenta años aproximadamente, pero ahora que disponemos de la nanotecnología para controlar electrones únicos ya podemos evolucionar.»

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Más información:

Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido (NPL)

Universidad de Cambridge

Nature Communications

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