Download observación del nanocosmos

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.