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primer día 8 de Julio 2002 ADVANCES IN SPIN ELECTRONICS Paulo Freitas Instituto Superior Técnico (Lisboa) Present MRAM technology will be evaluated and main possible roadblocks reviewed, both in materials, down-scaling and magnetic response of sub-100nm MTJ cells, dynamic response, and alternative memory architectures( semiconductor free, or using hot electron concepts), and alternative magnetic switching technologies ( direct current induced switching). A brief review of existent work on new types of spintronic devices is given, with emphasis on different types of spin transistors. Spin transport across a metallic/tunnel barrier/semiconductor interface is described. I finalize with an application of spin electronics to magnetic biochips. Cross section Chip 4.“spider” design /~50 per 3” wafer M2 CX 500A 3000A MTJ MX 300A 500A M1 Sensors (6) C1 Current lines 2 per sensor (24) M0 C0 MOSFET GC N+diffuision STI P-type Si substrate Sensor lines (12) MRAMS ~8mm biochips Bridge Air gap Magnet Gate Magmems Insulation (Al2O3) Substrat e SV sensor Sensor contacts primer día 8 de Julio 2002 “NUEVAS TÉCNICAS DE CIRUGÍA NO INVASIVA” Valdivia Uría, J. G. Hospital Clínico Universitario “Lozano Blesa”. Facultad de Medicina. Universidad de Zaragoza Desde que la superficie terrestre “se contaminó” con las primeras estructuras vivas, hasta que la evolución espontánea llevó a estas a tan altísimo grado de organización como para culminar en el desarrollo del ser humano tuvieron que pasar muchos millones de años. Los principios y mecanismos que rigen hoy en día la biología celular son aquellos que prevalecieron donde otros muchos millones de intentos fracasaron, y son los que ahora intentan emularse desde la Nanotecnología cuando se pretende construir nanomáquinas. No obstante, el ser humano, máximo exponente de la biotecnología natural es un organismo propenso a enfermar y está condenado a morir, no solo por la nefasta influencia de factores externos, sino también porque la programación de su carga genética así lo permite. Desde antaño la mente humana ha tratado de corregir o evitar las consecuencias de los factores patogénicos que producen las enfermedades, utilizando multitud de recursos, unas veces con acierto y otras muchas con estrepitoso fracaso. Así se ha pasado de tomar viejas pócimas a los actuales fármacos, de eficacia probada, y de la práctica de sangrías innecesarias a las más sofisticadas técnicas microquirúrgicas o de trasplantes de órganos. En cuanto a la cirugía, debemos tener siempre presente que es un acto en el que se suceden múltiples “agresiones calculadas” sobre el organismo, unas a nivel local (la propia herida quirúrgica) y otras a nivel general (el “coma” anestésico y la repercusión somática y psíquica de la intervención), las cuales, a pesar de ir dirigidas a mejorar la salud al paciente, le infringen profundos daños físicos y psíquicos, comúnmente aceptados como “inevitables”. Antes de que se hubiera descubierto la anestesia, los mejores cirujanos eran los más rápidos, pues pocos pacientes conseguían superar el tormento que significaba una intervención…Pero tras descubrirse ésta y contarse con otros recursos (transfusión, antibióticos, etc.) se mejoraron las técnicas quirúrgicas y fue la época en la que se hizo cierta la frase de “a gran incisión, gran cirujano”. Hoy en día, gracias a los avances en los conocimientos médicos y a la moderna tecnología que ha hecho posible la miniaturización de los instrumentos quirúrgicos, asistimos a la llamada “Cirugía primer día 8 de Julio 2002 Minimamente Invasiva”, basada fundamentalmente (aunque no en exclusiva) en procedimientos endoscópicos realizados a través de los orificios naturales o a través de pequeñas punciones percutáneas. Sin embargo, quienes hoy realizamos este tipo de cirugía tenemos el firme convencimiento que en el futuro los microinstrumentos serán reemplazados, no por “cirujanos liliputienses” sino por diversas fuentes de energía extracorpórea y el recurso alterno o simultáneo de nanopartículas capaces de vehiculizar fármacos, energía o mensajes moleculares, que minimizarán aún más los efectos adversos de la actuación médica. Microrrobot-cápsula M2A TM primer día 8 de Julio 2002 LOS DENDRÍMEROS COMO CÁPSULAS NANOMÉTRICAS. Dr. J. L. Serrano Dpto. de Química Orgánica-ICMA, Univ. de Zaragoza-CSIC, Los dendrímeros podemos definirlos como un nuevo tipo de materiales polímeros, donde tres o más cadenas emanan de un grupo central y a su vez cada cadena presenta ramificaciones repetitivas como sucede con las ramas de un árbol. De hecho el nombre proviene de la palabra griega dendron que significa árbol. También son conocidos como estructuras “Starburst” o polímeros en cascada. La peculiar geometría de estos materiales les confiere unas propiedades únicas, así : a- pueden controlarse fácilmente sus dimensiones macromoleculares, b- presentan una elevada solubilidad y sus soluciones son poco viscosas lo que facilita su manipulación, c- están constituidos por tres partes bien diferenciadas, el núcleo central, el corazón dendrítico y la superficie exterior, e- tienen un tamaño máximo de crecimiento que no pueden superar por congestión de la superficie externa, f- pueden formar agrupaciones supramoleculares incorporando otras moléculas en el espacio dendrítico interior. En esta ponencia se pretende incidir en ésta última peculiaridad que permitirá utilizar el dendrímero como una cápsula que permite incorporar numerosas moléculas en su interior lo que le confiere un gran interés tanto desde el punto de vista de las Ciencias Biológicas como de la Ciencia de Materiales. Existen ya numerosos ejemplos donde estructuras dendrímeras son utilizadas para almacenamiento de fármacos, actuando como sistemas de liberación controlada de los mismos. También más recientemente se han descrito encapsulamientos de átomos metálicos y otras estructuras con propiedades específicas (Eléctricas, ópticas o magnéticas) que permiten estudiar el comportamiento de estos materiales en un entorno restringido y generalmente aislado. Otro punto fundamental es la posibilidad de funcionalizar la superficie exterior modificando de forma drástica las propiedades del dendrímero. primer día 8 de Julio 2002 LOS MATERIALES MAGNÉTICOS NANOESTRUCTURADOS Antonio Hernando En la Conferencia se repasan los efectos magnéticos característicos de los sistemas nanoestructurados. Las fluctuaciones de composición o de orden topologico que tienen lugar con una longitud de correlación del orden de las longitudes características como son el recorrido libre medio electrónico o la longitud de correlación de canje dan lugar a una rica variedad de comportamientos. Entre los mas remarcables se encuentra la perdida del carácter ferromagnético en Fe nanoestructurado a baja temperatura. Este efecto debido al desorden de la frontera de granos se manifiesta con la aparición de un fenómeno de magnetorresistencia gigante en Fe puro nanocristalino a baja temperatura. El comportamineto magnético del Fe nanocristalino que llena nanotubos de carbono presenta también características interesantes que se describen en detalle. primer día 8 de Julio 2002 TRANSPORTE DE CARGA POR EFECTO TÚNEL POLARIZADO EN ESPÍN: ORIGEN, EXPERIMENTOS, APLICACIONES JOSÉ MARÍA DE TERESA NOGUERAS Magnetismo de Sólidos Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragón CSIC/Universidad de Zaragoza En esta contribución al “Curso de Verano de Jaca 2002”, se revisarán los conceptos más importantes relacionados con el transporte de carga por efecto túnel polarizado en espín. Se hará hincapié en la necesidad de una asimetría de la densidad de estados en el nivel de Fermi para las subbandas de espines mayoritaria y minoritaria, lo que da lugar al importante concepto de polarización de espín en el nivel de Fermi. Se analizarán en detalle varios sistemas en los que el transporte de carga puede estar dominado por este proceso: uniones túnel magnéticas planares, materiales policristalinos de materiales magnéticos, composites de materiales magnéticos y materiales no conductores, etc. En todos estos sistemas se ha observado una elevada magnetorresistencia túnel asociada al transporte de carga por este mecanismo. Se introducirán los modelos que pueden explicar el comportamiento observado y se mostrarán algunos resultados experimentales que ilustren los efectos descritos. Se dedicará atención particular a los prometedores resultados obtenidos en óxidos magnéticos de elevada polarización de espín: manganitas (La0.67Sr0.33MnO3), dobles perovsquitas (Sr2FeMoO6), dióxido de cromo (CrO2), y magnetita (Fe3O4). Debido a su elevado efecto magnetorresistivo, todos estos sistemas pueden ser el elemento activo de diversos tipos de novedosos sensores y de memorias magnéticas. Se describirán las principales aplicaciones y el funcionamiento de los mismos. primer día 8 de Julio 2002 TÉCNICAS DE PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LÁMINAS DELGADAS. Miguel A. Ciria Dpto. Física Materia Condensada, Universidad de Zaragoza La tecnología del crecimiento cristalino permite preparar estructuras con una precisión que llega a la monocapa de material. Esto es posible debido a extrema limpieza del proceso de crecimiento ya que la presión de partida puede llegar a ser 10 -11 Torr. El resultado ha sido una familia de cristales de ultra alta pureza con composición controlada que ha permitido el estudio tanto de propiedades intrínsecas al cristal como otras extrínsecas debidas a impurezas o contaminación. Por otra parte se ha dispuesto de técnicas de control in situ de la calidad cristalográfica y composición de la capa de material. El resultado es que el investigador puede controlar y reproducir las características físicas y estructurales de un material y realizar un estudio directo y en tiempo real de la estructura de la superficie, su microestructura y composición. segundo día 9 de Julio 2002 "LA OBSERVACIÓN DEL NANOCOSMOS: LA MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA" Arturo M. Baró Universidad Autónoma de Madrid Pocos años después del descubrimiento del microscopio de efecto túnel, apareció el microscopio de fuerzas atómicas (AFM), basado en la detección y medida de la fuerza de interacción entre una punta afilada y la muestra. Como característica más notable el AFM no precisa de muestra conductora por lo que encuentra aplicación específica en los materiales aislantes. A lo largo de los años se han desarrollado varios métodos de operación del AFM y varias aplicaciones. Entre los primeros cabe señalar la medida de la fricción, de la adhesión y los métodos dinámicos de medida que permiten trabajar en no contacto. Como aplicaciones más interesantes, su aplicación a muestras magnéticas y su uso en medio líquido para el estudio de material biológico. 50 nm DNA Bacteriophage 29 segundo día 9 de Julio 2002 NANOFILTROS BASADOS EN MEMBRANAS ZEOLÍTICAS J. Santamaría Dpto. Ingeniería Química y T.M.A., Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza El desarrollo de estructuras inorgánicas con poros subnanométricos ha abierto nuevas posibilidades de separación a escala molecular. En efecto, un medio continuo con poros de dimensiones moleculares puede interaccionar de manera selectiva con una mezcla de moléculas, permitiendo el paso a compuestos con propiedades determinadas. Los mecanismos de esta separación van desde la adsorción preferencial/flujo superficial, hasta el régimen de exclusión por tamaños (tamizado molecular) según la naturaleza de las moleculas a separar, las propiedades de la membrana y las condiciones de operación. Se discuten distintos métodos de preparación de estas estructuras, con poros desde 0.3 a 0.7 nm, y se presentan ejemplos de aplicaciones de separación. segundo día 9 de Julio 2002 MATERIALES MAGNÉTICOS GRANULARES Fernando Luis Vitalla Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, C.S.I.C.-Universidad de Zaragoza. Cuando las dimensiones de un grano de material ferromagnético se reducen al orden de los nanómetros, sus propiedades difieren notablemente de las de un imán macroscópico debido al aumento de átomos en la superficie y al confinamiento de los electrones. Partículas de este tamaño contienen sólo un dominio magnético y se comportan como un espín gigante con dos orientaciones favorecidas por la anisotropía magnética. Estos materiales tienen además un enorme interés tecnológico porque se aplican actualmente en la mayoría de los sistemas de almacenamiento de información. En la charla se explicarán, usando ejemplos concretos, las propiedades básicas de sistemas partículas monodominio: anisotropía magnética, efectos de superficie, efectos de interacción entre partículas y el concepto de superparamagnetismo. Daremos también una visión general de los avances más recientes en el campo de la síntesis de redes auto-organizadas de partículas y de su caracterización física. B tCo =0.1 - 1 nm tAl2O3 = 3 nm segundo día 9 de Julio 2002 LAS MULITICAPAS MAGNÉTICAS: PROPIEDADES RELEVANTES Jose Ignacio Arnaudas Dpto. Física Materia Condensada Universidad de Zaragoza El magnetismo de superficies y películas delgadas, en el que se analizan propiedades como el momento magnético, la anisotropía y el acoplamiento magnetoelástico, nos introduce en el estudio de las estructuras magnéticas multicapa. En este tipo de sistemas estudiaremos el acoplamiento por canje, con sus implicaciones en la polarización de capas y el desarrollo de estructuras magnéticas coherentes. Los materiales que nos servirán para ilustrar lo anterior seran multicapas de metales de transición y superredes de Tierras Raras y sus aleaciones. segundo día 9 de Julio 2002 "NANOTUBOS DE CARBONO: FABRICACIÓN Y APLICACIONES" Mª Teresa Martínez Instituto de Carboquímica, CSIC Se expondrán los principales métodos de producción de Nanotubos de Carbono: ablación láser, evaporación en arco eléctrico y deposición química en fase vapor. Se enumerarán las propiedades fisico-químicas y las características electrónicas en función del diámetro y la helicidad de los nanotubos. Finalmente se hará una exposición del amplio rango de potenciales aplicaciones que van desde su uso como componentes de circuitos integrados, puertas lógicas, pantallas planas, sensores, almacenamiento de energía hasta su utilización como puntas de microscopios de fuerzas atómicas segundo día 9 de Julio 2002 LOS MATERIALES MOLECULARES MAGNETICOS Fernando Palacio Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón. CSIC - Univ. de Zaragoza. Zaragoza Los materiales moleculares magnéticos, básicamente formados por moléculas o iones moleculares no conectados entre si por enlaces covalentes, forman un amplio tipo de materiales de interés creciente en magnetismo. Entre sus características está el combinar propiedades magnéticas con otras características de sistemas moleculares, tales como transparencia, baja densidad, preparación y procesado a baja temperatura y, frecuentemente, solubilidad. Dado que las moléculas pueden diseñarse con propiedades funcionales inherentes, es posible diseñar materiales moleculares polifuncionales que combinan ordenamiento magnético con comportamiento óptico o eléctrico. También es posible el diseño de imanes carentes de metales, formados por radicales libres paramagnéticos. Tras una primera parte introductoria donde se repasarán las características generales de los materiales magnéticos moleculares utilizando ejemplos seleccionados, así como la diversidad de comportamiento magnético observable en estos materiales, la segunda parte se centrará en dos temas: el de los imanes orgánicos, sus condiciones de existencia y estrategias para aumentar su temperatura de ordenamiento magnético y el de los polímeros magnéticos. segundo día 9 de Julio 2002 OBSERVACIÓN DEL NANOCOSMOS: MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN Ponente: A. Larrea La Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) es una técnica única para el estudio de partículas nanométricas, pues no sólo es capaz de ofrecernos imágenes con alta resolución (hasta 2 Å), sino que también nos brinda la posibilidad de obtener información cristalográfica de las partículas observadas, por difracción de electrones, con resolución espacial de hasta 1 nm. Así mismo disponemos en un TEM de técnicas de análisis químico elemental (generalmente por fluorescencia de rayos X) también con una resolución espacial de hasta 1 nm. En la ponencia se describirán todas estas posibilidades y se comentarán las técnicas de preparación de materiales necesarias para la observación en el microscopio. tercer día 10 de Julio 2002 NANOMAGNETISMO Y COMPUTACIÓN CUÁNTICA Prof. Javier Tejada Palacios UBX Laboratory En mi conferencia haré una explicación de la física que regula el comportamiento de los materiales magnéticos de tamaño nanométrico. Haré un énfasis especial en los fenómenos cuánticos como el efecto túnel de espín y la coherencia cuántica. Para acabar introduciré el concepo de qubit magnético, su relación con el nanomagnetismo y explicaré su posible uso como unidades de la computación magnética tercer día 10 de Julio 2002 MACROSCOPIC QUANTUM TUNNELING IN CRYSTALS OF MOLECULAR NANOMAGNETS Eugene M. Chudnovsky, The City University of New York I will discuss two collective quantum phenomena which are common in nature: tunneling with dissipation and superradiance. They will be explained by using examples of molecular nanomagnets. I will show how the conservation of angular momentum makes quantum tunneling of a molecular spin a collective quantum effect that involves macroscopic number of atoms in a solid. It will also be demonstrated that molecular nanomagnets in a large crystal can exhibit coherent collective quantum behavior by interacting through the electromagnetic radiation. Experiments and applications to masers and quantum computers will be discussed. tercer día 10 de Julio 2002 LA ELECTRÓNICA DE SPIN Josep Fontcuberta Institut de Ciencia de Materials de Barcelona. La posibilidad de inyectar y manipular corrientes de carga polarizadas en spin, abre una nueva perspectiva a la electrónica. La capacidad de explotar los dos estados posibles del spin de un electrón debe permitir la fabricación de dispositivos más pequeños, más rápidos, de menor consumo o incluso con nuevas funcionalidades de dispositivos lógicos. De ahí su interés. El objetivo de este curso es introducir algunos de los conceptos básicos en electrónica de spin: i) las fuentes de electrones polarizados en spin, ii) la integración de semiconductores y ferromagnetos, iii) la transferencia y manipulación del spin y iv) las herramientas tecnológicas. Terminaremos con una revisión del estado actual del arte y sus perspectivas. ST O LCM O d=6 nm tercer día 10 de Julio 2002 EFECTOS DE ACUMULACIÓN DE CARGA ELÉCTRICA EN SISTEMAS NANOSCÓPICOS Francisco Guinea Instituto de Ciencia de Materiales. CSIC. Sistemas de dimensiones suficientemente reducidas son sensibles a variaciones de carga del orden de la carga de un solo electrón. Ello modifica muchas propiedades, especialmente a muy bajas temperaturas. Se analizarán modelos de estos efectos de carga en materiales granulares, y, en particular, se estudiará la relación con las propiedades magnéticas. tercer día 10 de Julio 2002 BIOSENSORES MOLECULARES Carlos Gómez-Moreno Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Universidad de Zaragoza. La Bioquímica ha desvelado el mecanismo de multitud de enzimas que intervienen en reacciones cuyas características principales son su alta eficiencia así como su extraordinaria especificidad. En los últimos años se han conocido las estructuras de muchas de estas proteínas, al mismo tiempo que se han desarrollado técnicas de Biología Molecular que permiten modificarlas a voluntad. Mediante el desarrollo de una interfase que convierta la respuesta bioquímica en una respuesta eléctrica se puede, pues, reconocer la presencia de un determinado analito en una disolución, aunque esté en presencia de multitud de otras moléculas semejantes y en mucha mayor concentración. A estos dispositivos se les denomina biosensores. Se han desarrollado distintas estrategias para le conexión de los enzimas (o anticuerpos) con los electrodos de medida que permiten el tratamiento de los enzimas de manera individualizada a nivel molecular. El desarrollo de dichas estrategias ha abierto un campo de un enorme interés en diferentes ámbitos de la Ciencia y la Tecnología FNRI 5 0 n m 10nm 10nm FNRII 50 n m tercer día 10 de Julio 2002 ASPECTOS TEÓRICOS DE LA CONDUCCIÓN ELÉCTRICA CON POLARIZACIÓN DE ESPÍN D. Arovas tercer día 10 de Julio 2002 NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS: PREPARACIÓN, ESTRUCTURA Y DINÁMICA J. Rivas Dpto. de Física Aplicada Universidad de Santiago de Compostela Desde los años cincuenta las partículas finas y ultrafinas han supuesto un continuo reto en la investigación científica y tecnológica. El avance en el conocimiento de sus propiedades, muchas veces sorprendentes, ha abierto nuevas posibilidades en el desarrollo de nuevas teorías fundamentales del magnetismo y en el modelado de materiales magnéticos avanzados. En esta lección, se presentará una visión general de los métodos más usuales de preparación de partículas magnéticas, indicando algunas técnicas recientes. También se revisarán las propiedades experimentales mas sobresalientes y los modelos magnéticos que explican el complejo comportamiento de estos sistemas. Finalmente, se comentarán algunas aplicaciones tecnológicas de las partículas magnéticas, como son los ferrofluidos y la grabación magnética tercer día 10 de Julio 2002 CIENCIA Y TECNOLOGÍA EN LA NANOESCALA N. García Laboratorio de Física de Sistemas Pequeños y Nanotecnología CSIC En esta charla presentaré y discutiré resultados que son relevantes para el futuro desarrollo de la ciencia y la tecnología. En particular presentaré una visión, ciertamente particular, de cuales son los acontecimientos que van a impulsar el futuro desarrollo de la tecnología. Estos deben pasar necesariamente por una capacidad sensorial de nuestros dispositivos con muchísima mayor inteligencia (capacidad de memoria) de los existentes actualmente. Para ello presentaré también una aproximación a la integración de memorias en el rango de los 1012bites/inch2 que permitiría una capacidad de transmisión de datos y comunicación con consecuencias en las ciencias hasta ahora impredecibles. También discutiré las posibilidades reales que tienen los científicos españoles como colectivo, no individualmente, de subirse al tren de la ciencia y la tecnología en la nanoescala.