Picotransistores y microceldas solares

publicado en la revista «nexos»
# 386, febrero de 2010

 

Hay una chamarra de Ermenegildo Zegna que capta luz solar, la transforma en electricidad y quien la viste puede ir cargando el teléfono móvil mientras da un paseo. Una nota de los Sandia National Laboratories, en Albuquerque, Nuevo México, informa que sus científicos han desarrollado células fotovoltaicas que transforman a un paseante en cargador de baterías. Las células de silicón cristalino tienen de 14 a 20 micrómetros de espesor, de una cuarta a una quinta parte del grueso de un cabello humano (un micrómetro es la milésima parte de un milímetro) y de un cuarto de milímetro a uno de ancho, eso permite entretejerlos en telas y ropa.

Greg Nielson, parte del equipo, sostiene que: “En algún momento estas unidades se producirán en masa y envolverán superficies ahora impensables en edificios con sistemas solares integrados, tiendas de campaña y hasta ropa”. Estos micropaneles tienen circuitos impresos que podrían sustituir en un futuro cercano las enormes construcciones que hoy nos proveen de energía. Nuestros métodos actuales presentan altos costos económicos y ecológicos, contaminan la atmósfera con gases de invernadero, producen desechos tóxicos y radioactivos, resultan de alto riesgo por los voltajes necesarios para el transporte y, no menos importante en estos tiempos de amenazas fanáticas y destrucciones por accesos de locura y de fe, son de extrema fragilidad: un ataque bien dirigido a una sola hidroeléctrica produce daños en un país entero. Vivimos con el alma en un hilo, pero podemos transformar los hilos en cultivos de energía.

El ingeniero Vipin Gupta, también del equipo, sostiene que las microcélulas podrán tener controles inteligentes e instalarse en las azoteas de casas, serán capaces de almacenar energía en cada chip y superar con mucho nuestros estorbosos diseños actuales de recolección solar. Nuestras células solares comunes, unos ladrillos de 15 por 15 centímetros, pasarán a la historia más rápidamente que aquellos teléfonos móviles, también de tamaño ladrillo, que ya nadie recuerda y los niños no han visto. Las microcélulas tienen, por lo pronto, eficiencia similar concentrada en capas hexagonales de silicón y contactos eléctricos prefabricados para cada pieza. Una máquina común en el ensamblado de equipo electrónico podría producir 130 mil microcélulas por hora. Costaría un décimo de centavo de dólar la pieza.

La investigación está apoyada por el Programa para Energía Solar del DOE (Department of Energy).

Transistor unimolecular

Pero esa tecnología, apenas en pañales, ya resulta anticuada ante el anuncio publicado por un equipo de Yale: el transistor hecho de una sola molécula. Como aprendimos en secundaria, los elementos rara vez se presentan en átomos separados, con excepción del hidrógeno. Lo usual es que varios átomos conformen una molécula. Y los compuestos siempre están formados por varios átomos; para no ir muy lejos, sabemos que el agua son dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno.

La reducción de los transistores tiene, pues, por límite la molécula, y el equipo de Yale y de un instituto de Corea del Sur, el Gwangju Institute of Science and Technology, en un país cuyos legisladores no se ponen moños tricolores para admitir inversión extranjera en todo, ya publicó sus asombrosos resultados en Nature.

Un transistor (palabra formada con transfer resistor) es, muy en resumen, un puerto que se abre o cierra al paso de electricidad, una resistencia eléctrica hecha de material semiconductor en la que una corriente eléctrica modula el paso de corriente, transfiere o resiste. Los circuitos integrados, impresos en una tarjeta, pasaron de los centenares a los millones de transistores diminutos y así es como tuvimos teléfonos móviles con video, juegos, diversos timbres para cada número que llama y todo eso concentrado en medio centímetro de espesor y el largo que un humano tiene entre la oreja y la boca, para oír y hablar.

En 30 años, los que llevamos desde la catastrófica nacionalización de la banca por el presidente López Portillo, dando tumbos entre nacionalismo con olor a rancio y patrióticos discursos para alejar los bellacos capitales extranjeros, Corea comenzó a producir sus marcas de autos, de barcos y de electrónica con calidad competitiva a nivel mundial. Ahora, el equipo de Yale y Gwangju ha mostrado que una molécula de benceno, una sola, adherida a contactos de oro, hace el trabajo de un transistor de silicón. Y, recordemos, los transistores más pequeños los forman millones de moléculas de silicón. El de benceno es una molécula, una.

Los investigadores manipulan los diferentes estados de energía de la molécula por medio del voltaje aplicado al oro. Que los electrones sólo pueden ocupar ciertos niveles y que éstos se rigen por la constante de Planck fue una propuesta de Niels Bohr en 1913. Como en una escalera, el electrón sólo puede estar donde hay escalón y, tome aire… pasa de un escalón a otro sin pasar por los puntos intermedios porque en ellos no existe el electrón…

Pues eso es lo que manipula el equipo de Yale y Corea para conseguir que una sola molécula de benceno se comporte como un transistor: abra o cierre el paso de electricidad, la transfiera o la resista.

“Es como rodar una bola cuesta arriba, la bola representa corriente eléctrica y la altura de la cuesta representa la molécula en sus diferentes estados de energía”, dice Mark Reed, de Yale. “Podemos ajustar la altura de la cuesta, permitiendo así que la corriente pase (la bola suba) si la cuesta es baja, y deteniendo la corriente cuando la cuesta es pronunciada”. Eso es exactamente el trabajo de un transistor.

El problema técnico mayor fue fabricar los contactos eléctricos para tan diminuta escala, e identificar las moléculas ideales. “Hubo muchos avances tecnológicos y conocimiento acumulado por muchos años para hacer que esto ocurriera”, dice Reed.

Pues sí, nos decimos los condenados a leer interminables discusiones de nuestros legisladores acerca de permitir la instalación en territorio nacional de las refinerías a quienes les compramos las gasolinas… Y los vemos atrincherados con curules por si osare un extraño enemigo profanar con su planta tu suelo…

“No estamos creando ya la siguiente generación de circuitos integrados”, acota Reed, “pero después de muchos años de trabajo engranando esto, hemos completado una década entera de búsqueda y mostrado que las moléculas pueden conducirse como transistores”.

 

la talacha fue realizada por: eltemibledani
 

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