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» » » Descubren que las espirales de grafeno podrían superar a los grandes solenoides

Referencia: Phys.org .
“Researchers discover graphene spirals could challenge macro solenoids ”
por Mike Williams, 19 de octubre 2015
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En el afán por miniaturizar la electrónica, los solenoides se han convertido en demasiado grandes, dicen los científicos de la Universidad Rice, que descubrieron que su componente esencial (el grafeno) puede escalarse hasta tamaños nano con un rendimiento de escala macro.

Una nano-bobina hecha de grafeno
podría ser un eficaz inductor de solenoide
para aplicaciones electrónicas.
Crédit: Yakobson Research Group/Rice University
El secreto está en la forma espiral del delgado átomo de grafeno que, sorprendentemente, se puede encontrar en la naturaleza.

"Por lo general, nosotros determinamos las características de los materiales pensando en la posibilidad de hacerlo, pero esta vez estamos viendo que esa configuración ya existe", señaló Yakobson. "Estas espirales o dislocaciones de hélice, se forman de grafito de manera natural durante su crecimiento, incluso en el carbón común."

Los investigadores, entonces, determinaron que cuando se aplica un voltaje, la corriente fluye alrededor de la trayectoria helicoidal y produce un campo magnético, tal como lo hacen los grandes inductores solenoides. El descubrimiento se detalla en un nuevo estudio del journal Nano Letters de la American Chemical Society.

Los solenoides son cables enrollados alrededor de un núcleo metálico. Producen un campo magnético que transporta la corriente convirtiéndolos en electroimanes. Los hay en cualesquiera dispositivos electrónicos y mecánicos, desde placas de circuitos a los transformadores de los coches. También sirven como inductores, que son los componentes principales de los circuitos eléctricos que regulan la corriente, que en su más pequeña presentación forman parte de los circuitos integrados. (Un nódulo de energía en los cables que alimentan los dispositivos electrónicos que contienen los inductores.)

Mientras que los transistores se hacen cada vez más pequeños, los inductores básicos en electrónica se han vuelto relativamente voluminosos, adujo Fangbo Xu, ex alumno de Rice y el autor principal del artículo. "Es lo mismo que dentro de los circuitos, los inductores espirales comerciales de silicio ocupan un área excesiva. De llegar a realizarse, el grafeno de nano-solenoides podría cambiar eso."

La forma espiral es atribuible a un simple truco topológico, dijo. El grafeno está hecho de matrices hexagonales de átomos de carbono. Los hexágonos con malformaciones conocidas como dislocaciones, se dan a lo largo de un solo borde de fuerza del grafeno y se retuercen sobre sí mismos, de forma similar a una nanocinta continua, e imita una construcción matemática conocida como superficie de Riemann.

Los investigadores demostraron teóricamente cómo la energía fluiría a través de los hexágonos en nano-solenoides con bordes en cualquier asiento o formaciones en zigzag. En uno de los casos, se determinó el rendimiento que un inductor espiral convencional de 205 micras de diámetro podría ir acompañado de un nano-solenoide de 70 nanómetros de ancho, casi 10.000.000 de veces más pequeño.

Debido a que el grafeno no tiene banda prohibida de energía (lo que da a un material sus propiedades semiconductoras), la electricidad puede moverse a su través sin ninguna obstáculo. Sin embargo, la anchura de la espiral y la configuración de los bordes, ya sea en asiento o en zigzag, influye en cómo se distribuye la corriente y, por tanto, en sus propiedades inductivas.

Los investigadores sugirieron que debería ser posible aislar la dislocaciones helicoidales del grafeno a partir de cristales de grafito de carbono (grafeno a granel), aunque el crecimiento de las tentadoras hojas de grafeno en una espiral permitiría un mejor control de sus propiedades, añadió Yakobson.

Xu sugirió que los nano-solenoides también pueden ser útiles como transmisores o trampas conmutables para moléculas magnéticas o radicales en las sondas químicas.

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More information: Fangbo Xu et al. Riemann Surfaces of Carbon as Graphene Nanosolenoids, Nano Letters (2015). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02430.
Journal reference: Nano Letters 
Provided by: Rice University

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Editor del blog Pedro Donaire

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