Resumen de Ciencia: Inventos para el 2010, transistores biodegradables y electrones escultores

Los diez inventos científicos que prometen mejorar nuestra vida en 2010:

Una vacuna inhalable contra el sarampión para los enfermos en países en desarrollo, un «nanogenerador» para recargar el iPod con un único movimiento de la mano o una pintura para las paredes que mata los microbios. Estas tres investigaciones forman parte de una lista de diez que se han llevado a cabo este año y que han sido nombradas como las «más prometedoras» para 2010 por los miembros de la American Chemical Society (ACS) -la sociedad más grande del mundo científico-. Los estudios han sido seleccionados entre 34.000 informes y 18.000 documentos técnicos dados a conocer a lo largo de 2009. El «top» es el siguiente:

-La primera vacuna por inhalación, sin agujas, contra el sarampión: Presentada durante la reunión nacional de ACS, la vacuna pasará a ensayo clínico el próximo año en India, donde la enfermedad todavía afecta a millones de lactantes y niños, y mata casi a 200.000 cada año. Los especialistas creen que esta vacuna es perfecta para su uso en países en desarrollo.

-La casa con «energía solar personalizada»: Los nuevos descubrimientos científicos apuestan por una energía solar «personalizada», a la medida de cada consumidor, que será el epicentro de los cambios en la producción de electricidad a partir de grandes centrales generadoras de energía a otras mucho más pequeñas, como los hogares y comunidades. El método permitiría convertir a los consumidores en productores e incluso recargar nuestros coches en nuestros propios garajes. Una gran ventaja para el medio ambiente y que implica un menor gasto.

-Una esponja de «humo congelado» para limpiar las mareas negras: Científicos de Arizona y Nueva Jersey han diseñado un aerogel, un sólido super ligero al que también llaman «humo congelado», que puede servir como esponja definitiva para capturar el petróleo vertido por accidente o en catástrofes al medio ambiente. El aerogel absorbe hasta siete veces su peso y elimina el petróleo de forma mucho más eficaz que los materiales convencionales.

-Un nanogenerador para recargar el iPod y el móvil con un gesto de la mano: ¿No sería perfecto poder recargar el móvil o el reproductor musical con un gesto de la mano? Se podría decir adiós para siempre a los cargadores. Científicos de Georgia trabajan en una técnica que convierte la energía mecánica de los movimientos del cuerpo o incluso del flujo de la sangre en energía eléctrica que puede alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos sin necesidad de baterías.

-Una pintura que mata los microbios: Investigadores de Dakota del Sur trabajan en el desarrollo de una pintura anti-microbiana. No sólo mata bacterias causantes de enfermedades, sino que actúa contra el moho, los hongos y los virus. Según el estudio, se trata de la pintura más «poderosa» hasta la fecha. Puede ser útil en hogares y, sobre todo, en hospitales.

-Una vacuna producida con planta de tabaco: Esta nueva vacuna, única en su origen, puede ser utilizada contra el llamado «virus de los cruceros», causante de diarreas y vómitos y la segunda infección viral más común en EE.UU. El microbio se extiende como un reguero de pólvora entre líneas de pasajeros, escuelas, oficinas y bases militares.

-Una píldora mensual contra las pulgas de las mascotas: Sólo una píldora al mes y el perro o el gato están libres de pulgas y garrapatas. La pastilla, desarrollada por científicos de Nueva Jersey, parece ser 100% eficaz y sin señales de efectos tóxicos para los animales.

-Una molécula que mide el calentamiento global que produce cada producto: Hasta ahora, era complicado conocer qué productos que salen al mercado son realmente ecológicos o tienen compuestos que pueden dañar el medio ambiente potenciando el calentamiento global. Una nueva técnica molecular podrá predecir qué materiales que van desde productos químicos utilizados en alfombras a productos electrónicos contribuyen al calentamiento.

-Un «cóctel de camarones» para el depósito de fuel: Científicos chinos trabajan en un catalizador fabricado a partir de cáscaras de camarón que podría transformar la producción de biodiesel en un proceso mucho más rápido, barato y beneficioso para el medio ambiente. De momento, sólo ha sido probado en laboratorio.

-Una nariz electrónica para detectar la enfermedad renal: Expertos israelíes han creado una «nariz electrónica» capaz de identificar en el aliento 27 sustancias clave que revelan que el paciente sufre una enfermedad del riñón. De momento, ha sido probado con éxito en ratas de laboratorio.

Transistores biodegradables:Un tipo de transistores totalmente biodegradables, fabricados recientemente por investigadores de la Universidad de Stanford, podrían utilizarse para controlar los implantes médicos temporales que se colocan en el cuerpo durante las cirugías.

Los componenentes electrónicos biodegradables “abren nuevas oportunidades para los implantes en el cuerpo,” especialmente si los componentes electrónicos logran fabricarse a bajo coste, afirma Robert Langer, profesor en MIT y que no estuvo involucrado con la investigación. Los implantes podrían incorporar los componentes electrónicos orgánicos con polímeros biodegradables para el suministro de fármacos. Los doctores podrían implantar este tipo de dispositivos durante las operaciones de cirugía, después los activarían desde fuera del cuerpo con radio frecuencias para suministrar antibióticos si fuese necesario durante la recuperación. Los componentes electrónicos también podrían usarse para hacer un seguimiento del proceso de curación dentro del cuerpo. Después de que la curación hubiese finalizado, el dispositivo completo se disolvería en el cuerpo.

A principios de este mes unos investigadores de la Universidad Tufts y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign informaron acerca de la construcción de componentes electrónicos de silicio sobre sustratos de seda biodegradables. Los componentes de silicio generalmente poseen un rendimiento mucho mejor que aquellos hechos de semiconductores orgánicos, aunque el silicio no es biodegradable. El grupo de Stanford, dirigido por la profesora de ingeniería química Zhenan Bao, es el primero en fabricar componentes electrónicos a partir de materiales semiconductores totalmente biodegradables. Aunque los dispositivos son estables en agua, todo lo que queda de los dispositivos después de 70 días son los contactos eléctricos de metal de apenas decenas de nanómetros de grosor.

Hasta ahora el grupo ha podido probar que es capaz de construir componentes electrónicos orgánicos que funcionan al humedecerse y que se descomponen bajo condiciones similares a las del cuerpo humano. La degradación de estos dispositivos viene provocada por una serie de condiciones similares a las que se dan en el cuerpo: una solución salina con un pH ligeramente básico descompone lentamente los transistores. Para que puedan ser estables y retener su rendimiento mientras están en uso, estos dispositivos tendrán que ser encapsulados en otra capa cuya composición se ajuste para lograr exponer el dispositivo una vez que haya sobrepasado su vida útil. El dispositivo prototipo, descrito por internet en la revista Advanced Materials, está hecho de plásticos biodegradables aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos, un material semiconductor biodegradable parecido al pigmento de piel conocido como melanina, y unos contactos eléctricos de oro y plata. Estos metales también están aprobados para su uso dentro del cuerpo.

Crean un haz de electrones capaz de diseñar piezas y objetos de metal:Un dispositivo desarrollado por ingenieros de la NASA permite crear formas y partes de objetos a partir de un haz de electrones. Solamente se requiere un modelo 3D de la forma a crear y un material compatible con el haz de electrones. Aunque parezca una idea más ligada a la ciencia ficción, este avance podría tener grandes aplicaciones en el terreno de la aeronáutica.

El haz de electrones de fabricación de formas libres (EBF3), desarrollado en el Langley Research Center de la NASA, hace realidad aquel viejo anhelo de trasladar a la realidad todo aquello que pensamos. Es tan sencillo como introducir un dibujo de la parte que se desea construir, presionar un botón y obtener inmediatamente la forma buscada. La investigación forma parte del Programa de Aeronáutica de la NASA.

EBF3 funciona mediante una cámara de vacío, donde el haz de electrones trabaja sobre el metal, que se funde y luego se modifica de acuerdo a los requerimientos del modelo o diseño incluido, hasta que la pieza esté completa. Aunque las opciones que brinda EBF3 no son tan amplias como las que se presentan en las novelas de ciencia ficción, su funcionamiento parece en principio alejado de este mundo.

Las aplicaciones comerciales para el EBF3 ya han sido estudiadas, además de haber ensayado su potencial, y no es para nada descabellado pensar que dentro de unos años los aviones podrán volar con grandes piezas estructurales creadas mediante este proceso. La investigación fue difundida en una nota de prensa de la NASA.

Para que el funcionamiento del EBF3 se haga realidad existen dos requisitos fundamentales: el diseño tridimensional del objeto que se busca crear debe estar disponible y el material elegido debe ser compatible para su uso con un haz de electrones. El modelo o diseño se necesita para descomponer el objeto en capas, ya que el dispositivo trabaja orientando al haz de electrones y a la fuente de metal en la reproducción del objeto, construyendo capa por capa.

En cuanto al material, debe ser compatible con el haz de electrones para que pueda ser calentado rápidamente por la corriente de energía y convertirse a su forma líquida. Según los responsables de la investigación, estas condiciones hacen que el aluminio sea un material ideal para ser empleado en este dispositivo, junto a otros metales que también poseen estas características.

Vale destacar que el EBF3 es capaz de manejar dos fuentes distintas de metal o material de alimentación, siendo capaz de proceder a su mezcla en una aleación única o incluyendo un material dentro de otro. Por ejemplo, esta potencialidad permite incluir un filamento de fibra óptica de vidrio dentro de una parte de aluminio. Gracias a esto, sería posible colocar sensores en zonas en las cuales antes era imposible hacerlo.

Aunque actualmente el equipo EBF3 probado a nivel experimental es de grandes dimensiones y un peso excesivo, lo que dificulta su funcionalidad, ya se ha creado con éxito una versión más pequeña. La misma se ha empleado en una prueba de vuelo en un avión de la NASA, que incluyó breves períodos de ingravidez. La idea es que el dispositivo permita la fabricación de piezas de repuesto en vuelo con suma facilidad, incluso en viajes espaciales.

De esta manera, en lugar de basarse en el suministro de piezas que deben aportarse desde la Tierra, los astronautas podrían ser capaces de crear objetos y formas por su cuenta en el espacio, ya sea para necesidades específicas de las exploraciones o para reparar partes averiadas de aeronaves y dispositivos varios.

Sin embargo, el potencial más importante e inmediato de este avance se ubica en el terreno de la industria de la aviación, en la cual grandes segmentos estructurales de un avión o partes de un motor a reacción podrían ser fabricados rápidamente y a un menor costo con relación a los medios convencionales, en un valor que rondaría los 1.000 dólares por libra.

El EBF3 no solamente supondría un importante ahorro de tiempo y dinero en la fabricación de piezas aeronáuticas, sino que además podría aportar interesantes condiciones ecológicas. Esto se debe a la posibilidad de emplear menores cantidades de material (por ejemplo titanio) en la fabricación de piezas, lo que significaría ahorro energético, una mayor cantidad de material disponible para su reutilización y una menor cantidad de emisiones contaminantes.

Además del reemplazo de piezas antiguas o caducas, el EBF3 podría permitir el desarrollo de nuevos aviones desde cero. Esto daría lugar a una mayor eficiencia en los motores a reacción, una tasa de consumo de combustible menor y una mayor vida útil de los componentes, al poder diseñar con mayor exactitud cada pieza.

Sesenta años reduciendo el tamaño de los transistores

En 1953 se montó una radio con 4 transistores; para el 2007, el último chip de Intel tenia 820 millones.

A finales de 1947, los laboratorios Bell inventaron de la mano de John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley el transistor, por el que recibieron el Nobel de Química en 1956. Basado en semiconductores como el silicio -deja pasar la corriente o la corta según su estado-, un transistor es algo parecido a un interruptor. Sesenta años después su descubrimiento está presente en la mayoría de los aparatos creados por el hombre gracias a la electrónica.

El transistor se aplicó de forma industrial, en primer lugar, a los aparatos de radio. Hasta entonces, las ondas sonoras se amplificaban para que las captara el oído humano mediante válvulas al vacío, muy grandes y costosas. El transistor, mucho más barato, y sobre todo más pequeño, permite amplificarlas igualmente, pues otra de las virtudes del transistor, además de cerrar o abrir el paso a la corriente o al audio, es dejarla pasar con mayor o menor intensidad. Así, en 1954 se vendió en EE UU la primera radio con transistores, en concreto con cuatro. Sin embargo, el primer aparato que montó un transistor fue un sonotone un año antes.

En aquella época, los transistores se fabricaban de uno en uno, y se aplicaban a radios, teléfonos o, incluso, ordenadores. Estos últimos realizan sus cálculos, procesan datos, reproducen DVD o visualizan fotografías basándose en una información binaria de únicamente dos posiciones. Concretamente del 1, que se obtiene cuando el transistor deja pasar la corriente, y del 0, cuando no. Sin embargo, para que los ordenadores pudieran desarrollar instrucciones más complejas, no valía con un único transistor. El reto fue comunicar muchos transistores y eso se consiguió con los circuitos integrados de transistores. A partir de aquí, la carrera fue vertiginosa.

Intel, el primer fabricante mundial de chips para ordenadores, ha mantenido la apuesta, lanzada por uno de sus fundadores, Gordon Moore, de duplicar cada dos años el número de transistores que se montan en un chip o procesador. A más transistores más órdenes se pueden dar, lo que redunda en mayor velocidad y mayor capacidad para realizar operaciones más complejas.

Pero las exigencias del mercado, que busca ordenadores más rápidos y capaces de funciones mucho más sofisticadas, obliga a seguir reduciendo el tamaño. Antonino Albarrán, director tecnológico de Intel Iberia, asegura que todavía hay camino. De hecho, dentro de dos años se trabajará a 32 nanómetros y para 2020 se alcanzarán los 7 u 8, el límite. Para ello, los chip del futuro no serán planos sino tridimensionales. Eso sí, el ojo humano no podrá apreciarlo.

Organic light-emitting transistors outperforming OLEDs

OLEDs – organic light-emitting diodes – are full of promise for a range of practical applications. OLED technology is based on the phenomenon that certain organic materials emit light when fed by an electric current and it is already used in small electronic device displays in mobile phones, MP3 players, digital cameras, and also some TV screens. With more efficient and cheaper OLED technologies it will possible to make ultra flat, very bright and power-saving OLED televisions, windows that could be used as light source at night, and large-scale organic solar cells. In contrast to regular LEDs, the emissive electroluminescent layer of an OLED consists of a thin-film of organic compounds. What makes OLEDs so attractive is that they do not require a backlight to function and therefore require less power to operate; also, since they are thinner than comparable LEDs, they can be printed onto almost any substrate.

Nonetheless, exciton quenching and photon loss processes still limit OLED efficiency and brightness. Organic light-emitting transistors (OLETs) are alternative, planar light sources combining, in the same architecture, the switching mechanism of a thin-film transistor and an electroluminescent device. Thus, OLETs could open a new era in organic optoelectronics and serve as test beds to address general fundamental optoelectronic and photonic issues.

"OLET is a new light-emission concept, providing planar light sources that can be easily integrated in substrates of different nature – silicon, glass, plastic, paper, etc. – using standard microelectronic techniques," Michele Muccini, a researcher at the Institute of Nanostructured Materials (ISMN) in Bologna, Italy, explains to Nanowerk. "The focus of OLET development is the possibility to enable new display/light source technologies, and exploit a transport geometry to suppress the deleterious photon losses and exciton quenching mechanisms inherent in the OLED architecture."

Trilayer OLET device structure and active materials forming the heterostructure. Schematic representation of the trilayer OLET device with the chemical structure of each material making up the device active region. The field-effect charge transport and the light-generation processes are also sketched.

Motivated by the need to unravel the full potential of field-effect transistors as a photonic technology platform, Muccini and his team have now demonstrated that OLETs enable the control of quenching and electrode-induced photon loss processes in an organic light-emitting device. These fundamental processes are those that still limit efficiency and brightness of OLED technology.

Reporting their findings in a paper in the May 2, 2010 online edition of Nature Materials ("Organic light-emitting transistors with an efficiency that outperforms the equivalent light-emitting diodes"), the scientists demonstrated the advantages of using an OLET versus an OLED configuration, and enabled OLETs with the highest efficiency reported so far.

"We show that the same organic emitting layer leads to more efficient device emission when it is incorporated in the OLET structure than in the OLED one" says Muccini. "Our devices provide planar micrometer-size light sources that might enable organic photonic applications like integrated on-chip bio-sensing and high resolution display technology with embedded electronics."

The Italian team introduced the concept of using a p-channel/emitter/n-channel tri-layer semiconducting heterostructure in OLETs providing a novel approach to dramatically improve OLET performance. According to Muccini, these devices are more than 100 times more efficient than the equivalent OLED, over 2 times more efficient than the optimized OLED with the same emitting layer, and over ten times more efficient than any other reported OLET.

The trilayer heterostructure OLETs used by the researchers were fabricated on glass/indium tin oxide/PMMA substrates. The active region consists of the superposition of three organic layers. The first, in contact with the PMMA dielectric, and the third layers are field-effect electron-transporting (n-type) and hole-transporting (p-type) semiconductors, respectively, whereas the middle layer is a light-emitting hostguest matrix. These three layers are 62nm thick. The device structure is completed by the deposition of 50nm gold contacts as source and drain.

"To enable the vertical charge diffusion process, the basis of the OLET electroluminescence mechanism, energetic compatibility between the materials forming the heterostructure is required," explains Muccini. "Furthermore, the morphology of these films must allow the formation of a continuous multistack. Meeting these requirements is not trivial and it took us several attempts to identify the appropriate film material."

"The new trilayer heterostructure field-effect concept unravels the full potential of the light-emitting field-effect technology and restricts the limitation of OLEDs to only materials-related issues," he continues. "Improvements in the top-layer field-effect mobility at high current density coupled to the use of triplet emitters will enable OLETs with even higher EQE and brightness."

He notes that ongoing research directions include the control of photonic processes within the device to improve light confinement, guiding and extraction. In addition device reliability and lifetime under operational conditions need to be thoroughly addressed.

"A critical parameter to be addressed for the future development of the OLET technology is the device operating voltage" says Muccini. "The power efficiency at a given voltage is an essential figure-of-merit of any light-emitting device. Lower operating voltages are to be targeted using high-capacitance gate insulators. However, despite the necessary technical improvements, we believe that our tri-layer OLETs represent a viable route towards practical organic light-emitting devices with unprecedented performances."

Científicos construyen transistor de un solo átomo

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Helsinki (Finlandia), Universidad de New South Wales (Australia), y la Universidad de Melbourne (Australia) han conseguido crear un transistor funcional de un solo átomo.

Los transistores más pequeños de hoy (nanotransistores, como los que se empaquetan en los chips) contienen miles de átomos, pero hay varios grupos de científicos que trabajan en reducciones de escala que llevan los transistores a tamaños de apenas unos átomos, incluso de uno solo. Una de las maneras de hacer un transistor de un solo átomo es colocar este átomo entre dos electrodos, lo cual requiere que se logre primero construir un artefacto con dos caras de metal (los electrodos) separadas por el espacio de un átomo.

Para lograr esto los investigadores se basaron en el efecto túnel, que en la mecánica cuántica es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula viola los principios de la mecánica clásica penetrando una barrera potencial o impedancia mayor que la energía cinética de la propia partícula. De manera que el transistor trabaja mediante el tuneleado energético de electrones entre la fuente y el drenador a través de un átomo de fósforo (Ver: transistores MOSFET). El túnel puede ser suprimido o autorizado controlando la tensión en un metal cerca del electrodo con un ancho de unas pocas decenas de nanómetros.

El detalle es que el núcleo del transistor es en efecto sólo un átomo, pero la parte complementaria, sobre todo el electrodo es muy voluminoso (en términos atómicos) y no deja empaquetar más transistores en un circuito integrado como lo que ya podemos encontrar con la tecnología de semiconductores actuales.

Sin embargo, como explicó el Dr. Möttönen, el equipo no estaba interesado en construir el transistor más pequeño para un equipo clásico, sino más bien un bit cuántico (Qubit) que sería el principio de una computadora cuántica. Aún así el descubrimiento resulta muy importante ya que al pasar corriente eléctrica por un solo átomo, se pueden estudiar los fenómenos que surgen en condiciones de tamaño extremo.

Por primera vez, los investigadores pudieron observar el “espín hacia arriba” y “espín hacia abajo”, que se traducen en “1″ y “0″ respectivamente para un átomo de fósforo. Este es otro paso importante hacia el control de estos estados y en última instancia, la realización de un bit cuántico estable.

Inexpensive, Unbreakable Displays

Researchers at HP are scaling up a process for making silicon electronics on rolls of plastic.

A researcher at Hewlett-Packard Labs holds a 33-centimeter-­wide roll of plastic covered with amorphous-silicon transistor arrays designed to control pixels in displays. Credit: Jen Siska

Carl Taussig unfurls a roll of silvery plastic patterned with arrays of small iridescent squares, each a few centimeters across. The plastic in his hands, along with the scraps and scrolls of the material scattered on benchtops and desks in the rooms of Hewlett-Packard Labs in Palo Alto, CA, may look like silver wrapping paper, but each square contains thousands of silicon transistors. The transistors can switch pixels in displays on and off as fast as those in conventional flat-screen monitors and televisions, but they're far cheaper to fabricate and more resilient.

In today's displays, whether they're flat-panel TVs or iPads, the electronics that control the pixels are made of amorphous silicon on glass. Taussig's goal is to replace these heavy, fragile, expensive displays with lightweight, rugged, inexpensive ones made on plastic--without compromising performance. He is using high-volume roll-to-roll mechanics, the type of high-speed manufacturing process used in newspaper production, to make high-performance transistor arrays on the 33-centimeter-wide plastic rolls. HP researchers are now engineering a process for a planned pilot plant, where the company will produce the arrays at volumes of about 46,500 square meters a year through a partnership with Phicot, a manufacturer of thin-film electronics based in Ames, IA.

Interruptor ES 93 electrónicos de velocidad

Con base en España, *Eurohübner España presenta a sus clientes los interruptores de velocidad electrónicos ES 93 con 3 velocidades de conmutación regulables para el control de la velocidad. Los interruptores de velocidad electrónicos ES 93 posee una acción interruptora inmediata en cualquier dirección con rearme automático, e incorpora una versión ES R con módulo de relé, con tres salidas de relé con contactos aislados. El ES 93 posee tres salidas independientes a transistores, y funcionamiento a prueba de fallos de relé en caso de fallas de energías o desperfectos del cable de señal y se puede aplicar en modo prueba fallos con combinación de centrífuga y interruptor de velocidad electrónico. EL ES 93 está disponible como ESL con la posibilidad de poder combinarse con codificadores incrementales. En el modelo ES 93 la tensión de tacho rectificada, se alimenta en base a tres potenciómetros que configuran tres velocidades de conmutación independientes entre si, cuando alguna de estas tensiones llega al límite impuesto respectivo, se desencadena una señal que interrumpe el proceso. Los ES 93 funciona con suministro externo o tensión de corriente continua de baja, y cuando ocurre un cambio de velocidad límite o en el caso de una falla eléctrica o de la señal.

A Better Way to Make Graphene

A new method could allow more practical manufacturing of the material.

Single-atom-thick sheets of carbon called graphene have some amazing properties: graphene is strong, highly electrically conductive, flexible, and transparent. This makes it a promising material to make flexible touch screens and superstrong structural materials. But creating these thin carbon sheets, and then building things out of them, is difficult to do outside the lab.

Now an advance in making and processing graphene in solution may make it practical to work with the material at manufacturing scale. Researchers at Rice University have made graphene solutions 10 times more concentrated than any before. They've used these solutions to make transparent, conductive sheets similar to the electrodes on displays, and they're currently developing methods for spinning the graphene solutions to generate fibers and structural materials for airplanes and other vehicles that promise to be less expensive than today's carbon fiber.

Now an advance in making and processing graphene in solution may make it practical to work with the material at manufacturing scale. Researchers at Rice University have made graphene solutions 10 times more concentrated than any before. They've used these solutions to make transparent, conductive sheets similar to the electrodes on displays, and they're currently developing methods for spinning the graphene solutions to generate fibers and structural materials for airplanes and other vehicles that promise to be less expensive than today's carbon fiber.

Most methods for making graphene start with graphite and involve flaking off atom-thin sheets of graphene, usually using chemical means. "The key is to make single-layer graphene, to not destroy it in the process, and to do it in high volume," says Yang Yang, professor of materials science and engineering at the University of California, Los Angeles. Some of the existing methods for making graphene from graphite and then manipulating it in solution involve adding soluble groups to the surface of the molecule, but this chemical change destroys graphene's electrical properties.

The Rice researchers make graphene solutions using a method they initially developed for working with carbon nanotubes. About five years ago, researchers led by the late Nobel laureate Richard Smalley discovered that highly concentrated sulfuric acid, so strong it's called a "superacid," can bring carbon nanotubes into solution by coating their surfaces with ions. Last year, the Rice group, now led by chemist Matteo Pasquali, showed they could use superacid solutions of carbon nanotubes to make fibers hundreds of meters long; the group has contracted with a major chemical company to commercialize the process.

Designing a radio with a single type of transistor

What do you do once you are already a skilled radio designer and restorer? Well, if you are Greg Charvat, you decide to build a shortwave radio using a single type of transistor as an active element. Normally, one would use number of different transistors, each designed to handle different amounts of power and amplifying bandwidth. Limiting yourself to a single type may seem like a mental exercise today (pun intended), but was apparently much more common back when transistors weren't easy to come by, so Greg isn't completely off his rocker. Also, by only using one kind of part, it should make repairs much easier.

Designing a radio like this is a little bit complicated, but not nearly as much as it might sound. The trick is to divide the radio function into manageable pieces, which can then be designed and tested individually. You will notice that Greg's radio (pictured above) is made up of a bunch of small prototyping boards. Each board contains a single circuit with a specific function, and physically separating them makes it much easier to test the parts, as well as swap out the ones that might be malfunctioning. It's also a neat design aesthetic, because it very closely resembles the way you would draw an electrical schematic to represent the circuit.

If you are interested in building a radio, I would strongly recommend giving it a go. Start with a kit, though, and pick one that explains the design of each stage so that you can learn how it works. It will definitely be an interesting experience, and who knows, it could be the start of a new passion! If you have a favorite kit or other guide to recommend, chime in on the comments.

Fujitsu Laboratories Develops Gallium-Nitride HEMT Amplifier Featuring World's Highest Output in the C-Ku Band

Fujitsu Laboratories Ltd. today announced the development of an amplifier based on gallium-nitride (GaN), high electron mobility transistor (HEMT) technology, which features an output of 12.9W - more than twice the output of previous amplifiers and presently featuring the world's highest amplification output - when operating in the wide band range of the C-band, X-band, and Ku-band, radio frequency spectrums between 6GHz-18GHz. By employing this amplifier, it will be possible to operate systems such as aviation radar - which conventionally utilize separate communications equipment for different frequency ranges - with a single amplifier, thereby enabling the development of smaller, lighter radar equipment and wireless communications systems that are capable of covering wide areas.

Details of this technology have been presented at the IEEE MTT International Microwave Symposium (IMS 2010) being held in Anaheim, U.S. between May 23-28.

About Gallium-Nitride High Electron Mobility Transistors

Gallium-nitride (GaN) is used in blue-LEDs for traffic signal lights, and as a semiconductor material GaN enables electrons to move faster than in conventional semiconductor materials, such as silicon (Si) and gallium-arsenide (GaAs). GaN also features a higher breakdown voltage (threshold) compared to such conventional semiconductor materials.

Given these characteristics, GaN HEMTs - a kind of GaN-based transistor - are anticipated to offer high-output high-efficiency operation.

Background

Aircraft radar typically switches between the C-band, which is relatively unaffected by rain, and the X- and Ku-bands which offer high-precision detection of solid objects. An amplifier featuring the ability to cover - on its own - the entire range of the C- to Ku-bands would allow for smaller systems that consume less power. This has led to keen interest in multifunctional radars, which integrate communications systems and multiple radars and into a single device.

Technological Issues

To achieve the output needed to cover large spectrums such as the C- to Ku-bands, in the past multiple transistors have been connected in parallel to create an amplification circuit. However, as the circuit is physically longer, line loss increases, thus making it difficult to extend coverage up to 18GHz.

Newly-developed Technology

Fujitsu Laboratories developed a high-output GaN HEMT amplifier that covers the ultra-broadband C-Ku spectrum (6GHz-18GHz).

Key features of the new technology are as follows:

1. Band-extending circuit technology:Fujitsu Laboratories devised a band extension circuit that compensates line losses at high frequencies, and employed the circuit in an amplifier for the first time ever. 2. Circuit technology for dividing and combining electrical power over broadband:Fujitsu Laboratories developed a circuit that handles the dividing and combining of electrical power across an ultra-wide spectrum, and built the circuit on the semiconductor chip.

Results

The newly-developed GaN HEMT amplifier was proven to produce 12.9W of power over the wide 6GHz-18GHz spectrum with 18% efficiency(4). This amplification output is more than double (2x) the output of existing ultra-broadband, high-frequency amplifiers, and represents the world's highest level of performance.

This new technology will make it possible for a single amplifier to operate at multiple frequencies, paving the way for further integration of systems, such as broadband communications systems and radar systems that utilize various frequencies, thus allowing for more compact and lighter equipment. The technology can also be used in measuring instruments in order to measure the performance of amplifiers used in broadband communications and radar systems.

Future Developments

Fujitsu Laboratories plans to apply this technology to a wide range of applications that require high output across wide bandwidths, including wireless communications and radar.

(1) Gallium-nitride (GaN):GaN-based semiconductors are wide bandgap semiconductors that feature a higher breakdown-voltage (threshold) than conventional semiconductor materials, such as silicon (Si) or gallium-arsenide (GaAs).

(2) High-electron mobility transistor (HEMT):A field-effect transistor that utilizes the electron movement at the junction between two semiconductors with different band gaps - the electronic movement in HEMTs is faster compared to that of conventional semiconductors. Fujitsu led the industry with its development of HEMT technology in 1980, and HEMTs are currently used in a wide range of core technologies for IT applications, including satellite transceivers, mobile phones, GPS-based navigations systems, and broadband wireless networking systems.

(3) C-band, X-band, Ku-band:Common names for each frequency band. The C-band covers 4GHz-8GHz and is not prone to attenuation from rain or fog. Applications employing C-band include satellite communications, fixed wireless networking, wireless access networking, air-traffic control radar, weather radar, etc. The X-band covers 8GHz -12GHz, and has only minimal impact from crosstalk and interference, thereby making the X-band difficult to be intercepted or jammed. The X-band is often used in satellite communications, air-traffic control radar, and weather radar. The Ku-band covers 12GHz-18GHz, and has only minimal impact from crosstalk and interference, thus making the Ku-band difficult to be intercepted or jammed. Ku-band applications include satellite communications and various types of radar.

(4) 18% efficiency:Efficiency refers to the ratio of the high-frequency (h.f.) output power to the DC input power, taking into account the power amplifier gain.

It is calculated as: Efficiency = 100*(h.f. output power - h.f. input power/(DC input power)

Un transistor monomolecular basado en el fulereno C60 y electrodos superconductores

La escala de integración más alta posible para un transistor es utilizar una única molécula. El problema de este tipo de transistores monomoleculares es la presencia de estados cuánticos espurios para la conductancia que penalizan su funcionamiento. Una manera de evitar estos efectos es utilizar contactos superconductores. Investigadores franceses han logrado el primer transistor monomolecular fiable basado en una molécula del fulereno C60 entre dos electrodos de Alumino/Oro cuyo único inconveniente es que funciona a una temperatura por debajo de 1 Kelvin. El artículo técnico es “Superconductivity in a single-C60 transistor”