UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD” ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

FISICA DE SEMICONDUCTORES

Actividad Nº 6Trabajo Colaborativo Nº 1

Néstor Alberto Tiempos GómezCódigo 11347416

Grupo 299002_29

TutorOrlando Harker

Octubre 10 de 2014

TEMA BIBLIOGRAFIA / WEB-GRAFIAFECHA

CONSULTA

Superconductividad

https://www.youtube.com/watch?v=RmyhdIP5msQ&index=1&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=i0SP3N_jNGE&ind ex=2&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=I0w1V5zhkxk&inde x=3&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=R7R-KZpz-7k&index=4&list=PLC67EF22EA5F38F94https://www.youtube.com/watch?v=FOQFlPSbLkE&list=PLC67EF22EA5F38F94&index=5 https://www.youtube.com/watch?v=SIbsFX-3Lqo&list=PLC67EF22EA5F38F94&index=6 https://www.youtube.com/watch?v=g1gIdv6QV_I&list= PLC67EF22EA5F38F94&index=7 https://www.youtube.com/watch?v=jJ11DsWRilw&list= PLC67EF22EA5F38F94&index=8 https://www.youtube.com/watch?v=QFr- MyubiGo&index=9&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=kXkvzsjZeSc&list=P LC67EF22EA5F38F94&index=10 https://www.youtube.com/watch?v=tRONk_zQUN4&list=PLC67EF22EA5F38F94&index=11 https://www.youtube.com/watch?v=Erblhr0Zwz0&index=12&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=kW0CWnHuGK0&li st=PLC67EF22EA5F38F94&index=13 https://www.youtube.com/watch?v=KiPqw_mNzqE&list=PLC67EF22EA5F38F94&index=14https://www.youtube.com/watch?v=goLdG9WAOto&ind ex=15&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=lfJxyjvqjTc&index=16&list=PLC67EF22EA5F38F94 https://www.youtube.com/watch?v=I1aNiLUwR1U&ind ex=17&list=PLC67EF22EA5F38F94

Del20/09/214 al04/10/2014

Nanociencia y Nanotecnología (Medicina)

https://www.youtube.com/watch?v=xxqHeajtAL8 A partir del minuto 4 https://www.youtube.com/watch?v=vPDqtCkELt0

Del26/09/214 al08/10/2014

Nanomateriales o materiales súper resistentes

https://www.youtube.com/watch?v=asXiCcx7z9Yhttps://www.youtube.com/watch?v=M_NLN1iq_Zq http://www.monografias.com/trabajos90/nanotecnologi a-nanomateriales-y-sus-aplicaciones/nanotecnologia- nanomateriales-y-sus-aplicaciones.shtml

Del30/09/214 al10/10/2014

1. Cada estudiante, de manera individual, debe observar los videos señalados por cada tema y hacer un resumen. Dicho resumen deben relacionarlos en el foro de trabajo colaborativo

1: Superconductividad:

Introducción Historia y Evolución.

Es un caso especial de algunos materiales cuya característica principal con respecto a los conductores es que eliminan la resistividad o tiene una resistividad cercana a cero, este descubrimiento se remonta a 1911, año en el que el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes en uno de sus experimentos observo que el mercurio perdía toda su resistencia al flujo de la electricidad al ser enfriado a 4ºK, Onnes continuo sus investigaciones sobre la superconductividad buscándolo en otros materiales enfriándolos cerca el cero absoluto sumergiendo el material en helio líquido, pero los gastos de refrigeración fueron muy altos y no hubo incentivo económico para continuar con estos proyectos, en 1933 la temperatura critica llego a 10ºK y en 1969 alcanzó los 20ºK y ha esta temperatura se licua a 20ºK por primera vez se utilizó otro refrigerante; Paul Ching-Wu Chu en febrero 1987 desarrollaron un superconductor con una temperatura de 98ºK, aunque aún se sigue investigando para conseguir superconductividad a temperatura ambiente.

¿Qué es la superconductividad?

La teoría BCS de 1957 fue desarrollada por J. Bardeen, L. Cooper y JR. Schriffer, investigadores que fueron galardonados por su trabajo de cómo funcionan los superconductores a temperaturas próximas al cero absoluto, el movimiento de los átomos se reduce y los electrones se agrupan en pares llamados de Cooper electrónicos producidos por los Phonones partículas asociadas a la red cristalina dejando una estela por donde pasan los pares siguientes evitando colisiones; a mayor temperatura mayor vibración de los átomos y de la red cristalina por lo que se produce la ruptura del par de electrones causando la perdida de la superconductividad. Los nuevos materiales tienen temperaturas críticas superiores al cero absoluto y la teoría BCS no explica esto y esto se atribuye al Exciton que viene de electronic y excitación que opera a temperaturas más altas, la teoría RUBV se basa en la repulsión electrón - electrón por tener la misma carga.

El efecto Meissner.

También denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, un material superconductor se convierte en un material diamagnético perfecto y el campo magnético en su interior se anula y que las líneas de campo magnético son expulsadas del interior del material, si el superconductor es enfriado por debajo de su temperatura critica en función de un campo magnético este lo rodea pero no lo penetra y fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933, este campo magnético es solenoidal este se curva hacia el exterior del material y el imán induce corriente en el superconductor la corriente crea una fuerza magnética opuesta a la del imán que provoca la repulsión de los dos materiales, La expulsión del campo magnético del material superconductor posibilita la formación de efectos curiosos, como la levitación de un imán sobre un material superconductor, sin embargo si el campo es demasiado intenso el superconductor vuelve a su estado normal incluso estando a por debajo de su temperatura critica.

Tipos de Semiconductores.

Tipo 1; son metales puros como el plomo o estaño, estos repelen el campo magnético hasta alcanzar el campo crítico y es diferente para cada material, una vez alcanzado el campo critico el superconductor vuelve a su estado normal perdiendo sus propiedades.Tipo 2; son materiales complejos de aleaciones de metales de transición en estosexiste un segundo campo critico más intenso que el primero, una vez el superconductor haya alcanzado su primer campo critico no repele completamente el campo y sigue conduciendo normalmente, cuando alcanza su segundo campo critico es cuando se presenta la resistencia eléctrica.

Características Físicas.

Densidad de Corriente, el paso de una corriente intensa puede hacer que pierda sus propiedades, la densidad se mide en A/mm2, la densidad de área en un hilo superconductor típico es de 100 KAmp X cm2, la mayor parte de los conductores normales son Isótropos esto quiere decir que conducen la corriente con facilidad en todas las direcciones y mucho superconductores de alta temperatura son Anisótropos ósea que conducen mejor en algunas direcciones que en otras y en ocasiones conducen 30 veces mejor en una dirección que en la dirección contraria.

Efecto Jhosephson, es el efecto túnel que se produce entre dos materiales superconductores separados por un fino aislante, los flujos de electrones incluso en ausencia de diferencia externa de tensión, pasan de un material a otro esquivando

el obstáculo aislante provocando una reacción magnética muy sensible y es la base de las investigaciones y desarrollo de una técnica revolucionaria basada en dos uniones Jhosephson en paralelo unidas en bucle por una conexión superconductora y que constituyen hoy en día el sistema de detección magnética más sensible y es usado en medicina, metrología y ciencias Físico-Químicas.

Las uniones Jhosephson disipan una milésima parte de la potencia que disipa un transistor convencional, funcionan a una velocidad muy superior con tiempo de conmutación de solo unos picosegundos, estas características permiten el desarrollo de instrumentos electrónicos, ordenadores y sistemas de comunicación extremadamente rápidos, la mayoría de las aplicaciones se encuentran en la ciencia y la medicina, los dispositivos desarrollados han dado lugar a importantes avances en la comprensión científica de la superconductividad, los físicos han utilizado los electroimanes superconductores para generar campos magnéticos de alta intensidad los cuales se emplean en la aceleración de partículas atómicas a velocidades extremas e inducir su colisión, también se usan para botellas magnéticas capaces de contener una reacción de fusión las cuales son muy violentas y desprenden mucho calor.

Aplicaciones de la Superconductividad.

En la medicina se usan en la construcción de equipos de generación de imagen, resonancia magnética y funcionan colocando al paciente en un potente campo magnético generado por un electroimán superconductor y son capaces de generar imágenes del interior del organismo sin tener que hacer disecciones en la piel o introducir sondas en la sangre.Actualmente los trenes MagLev hacen uso de la superconductividad ya que flotan sobre un colchón magnético a unos 10 cm del riel eliminando las ruedas y haciendo levitar el tren haciéndolos mucho más rápidos que cualquier otro tren y usan un principio de magnetismo de polos magnéticos iguales se repelen y los opuestos se atraen, unos los elevan y otros los impulsan hacia adelante.En aplicaciones para la defensa, los militares investigan sobre la superconductividad en los campos del lanzamiento de misiles, motores en submarinos silenciosos y detectores sensibles en rangos de operación más amplios.Otro uso importante y posiblemente de grandes alcances exitosos de lossuperconductores son los generadores. La eficiencia de generadores superconductores rebasaría un 99% y el tamaño sería alrededor de la mitad de los convencionales. Además, cables superconductores en vez de cobre, podrían aumentar la transmisión de energía en un cable, por lo que se mejoraría la eficiencia con respecto al espacio utilizado.

En el área de computación tienen aplicaciones sorprendentes. Se pretende construir computadoras "petraflop", las cuales pueden realizar mil trillones de operaciones por segundo, mientras que la más avanzada tecnología en computadoras sólo puede realizar 12.3 trillones de operaciones por segundo. Limpieza de aguas contaminadas. Por medio de campos magnéticos se pueden separar las impurezas que al estar disueltas en agua quedan ionizadas y al fluir a través de un campo magnético pueden ser desviadas por éste y ser apartadas del agua.

Nanociencia y Nanotecnología (Medicina).

Hablar de nanociencia y la nanotecnología es hablar de innovación; La Nanociencia es un área emergente de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales de muy pequeñas dimensiones. Esta ciencia innovadora es usada en medicina, construcción de edificios autoabastecidos energéticamente y dispositivos electrónicos diminutos y potentes por mencionar algunos, en medicina existen los nanobiomarcadores que detecten dentro del organismo de las personas la parte que está funcionando mal para posteriormente intervenirla.

La Nanociencia es el estudio de los sistemas cuyo tamaño es de unos pocos (10-100) nanómetros. Un nanómetro (nm) es 10 -9 metros, alrededor de 10 átomos de hidrógeno. La nanociencia trata de comprender qué pasa a estas escalas, y la nanotecnología busca manipularlo y controlarlo. Lo que lleva a que la nanotecnología sea un gran avance en diversos campos de las ciencias.

La Nanotecnología es el estudio, diseño, creación, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

La Nanotecnología y la electrónica son actualmente uno de los campos tecnológicos más activos y prometedores. Aunque hay ejemplos de nanotecnología aplicada a prácticamente todo, el área principal de investigación e inversión se centra claramente en materiales aplicados a la tecnología de semiconductores. Además, estas dos áreas se complementan, ya que la mayoría de las técnicas que se están empleando para el crecimiento de estos nanos materiales, vienen de la industria de los semiconductores.

La Nanotecnología y la energía alternativa, Desde hace ya algunos años, existen varios estudios científicos realizados, para la reducción de la utilización de combustibles fósiles que causan graves daños ambientales y nuestra sociedad necesita de urgencia cambiar de modelo energético, en la actualidad encontramos varios paneles solares de tercera generación ubicados en diferentes países, la clásica unión p-n que se viene utilizando deja abierto la posibilidad a la búsqueda de semiconductores más sofisticados o a la inserción de nanotubos de carbono, en donde estas nos permitirá obtener eficiencias sobre el 45%. Además que los costos serán bien bajos y nos darán mayos beneficio.

Nanotecnología: "Un Viaje Alucinante: Microrobots Médicos"

Los investigadores están desarrollando una nueva tecnología de máquinas microscópicas patrullaran nuestros organismos y erradicaran las enfermedades. La exploración espacial marca un nueva era en la medicina mundial, se viajara a marte en 2020 y se adelantan investigaciones en la medicina para lograrlo, lo que no se puede hacer en este momento debido al efecto de gravedad, la radiación solar, ya que se batirá el record de un viaje espacial de 3 años aproximadamente, la Nasa debe desarrollar una tecnología médica para mantener una persona 4 años sin que su salud se vea desmejorada y los equipos que se tienen son muy grandes para llevarlos a un viaje espacial y por ello se pretende implantar en las células robots médicos microscópicos con una medida de un nanómetro, una mil millonésima parte de un metro, invisible a los ojos.

La Nanomedicina.

En la misión a Marte, propone que los Astronautas lleven una capsula que liberara lo que se llama nanoexploradores, estos detectaran y diagnosticaran cualquier enfermedad para tratarla antes que se origine, estos serán minúsculos robos patrulladores de tamaño de las células vivas, el cuerpo está hecho de pequeñas nanomaquinas naturales llamadas células, este es un proyecto que parece de ciencia ficción.

Esta nueva ciencia tiene su inspiración en la naturaleza que usa complejos mecanismos moleculares para crear el milagro de la vida y los científicos afirman que la creación de las maquinas moleculares llamados nanorobots es inevitable, las defensas del cuerpo son los glóbulos blancos, ellos atacan a las células u organismos extraños y las eliminan; las máquinas de Dr. Ralph Merkle pionero en Nanomedicina llamados “Microvivoro” el cual trabajara junto con los glóbulos blancos reduciendo las enfermedades o infecciones en un tiempo muy corto y ya se han realizado algunas pruebas.

alta temperatura para motores de aviones; materialesferromagnéticos, almacenamiento de información, refrigeración; catalizadores

El profesor Paul Swain trabaja en la píldora cámara para observar todo el tracto digestivo con lo que se pretende remplazar las cámaras endoscópicas convencionales las cuales solo permiten examinar una tercera parte del sistema digestivo, es limitada en su alcance e incómoda y desagradable para el paciente, esta píldora es ingerida y toma fotografías del todo el sistema digestivo, las señales de la cámara son almacenadas en un ordenador colocado en la cintura almacenando unas 50000 fotografías durante 7 horas, el paciente puede seguir con su rutina diaria normal.

Nanomateriales o materiales súper resistentes.

La Nanotecnología, una revolución tecnológica de lo invisible, del reino de lo diminuto que esperamos termine con las enfermedades, el envejecimiento, elimine la contaminación, aumente la reserva de alimentos en el mundo, genere avances industriales en el campo de la electrónica, química, electrónica y otras ciencias, esta nueva tecnología que pretende ser y que ya está siendo un lugar en donde convergen las nuevas ideas para el desarrollo de las actuales y futuras generaciones, ya que los productos hasta ahora creados representan uno de los mercados con índices de mayor crecimiento y desarrollo.La nanociencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas propiedades que nose pueden ver a escala macroscópica adquieren importancia, como por ejemplo propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En vez de estudiar materiales en su conjunto, los científicos investigan con átomos y moléculas individuales. Al aprender más sobre las propiedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien definida para crear nuevos materiales con nuevas e increíbles características.

Materiales Nanoestructurados, una fracción de material comúnmente posee en su interior moléculas organizadas en granos de dimensiones por lo general de micrómetros y milímetros de diámetro constituidos habitualmente con poblaciones de miles de millones de átomos. Poseen el 0.001 por ciento de átomos en comparación con un material común de igual volumen, además los granos nanoestructurados son entre mil y cien veces más pequeños que los del material original. Todo esto conlleva a una mayor ligereza de peso y ahorro de materia, además de las nuevas características que adquieren y que potencian enormemente el material.Aplicaciones, Cerámicas nanoestructuradas, imanes permanentes de

basados en hidrógeno; materiales para almacenamiento de hidrógeno; sensores y actuadores.

Nanopartículas y Nanopolvos, tienen unidades más grandes que las de los átomos y las moléculas, cuando menos una dimensión menos de los 100nm, son creadas artificialmente en los laboratorios, poseen características propias, es decir que no obedecen a la química cuántica, ni a las leyes de la física clásica.En la actualidad es un área de intensa investigación científica, debido a unaextensa variedad de potenciales aplicaciones como campos biomédicos, electrónicos y ópticos, existen también en el campo de la biomedicina Nanopartículas que han demostrado ser capaces de eliminar tumores y además de que éstas son biodegradables y orgánicas.Aplicaciones, Biomedicina, liberación de fármacos, tratamientos contra el cáncer. En la Ingeniería como sensores químicos, vidrios autolimpiables, tintas magnéticas y conductoras. Para el tratamiento de aguas con procesos fotocatalíticos, recubrimientos textiles repelentes de agua y suciedad. En el área de la electrónica para crear memorias de alta densidad, pantallas con dispositivos de emisión basados en óxidos conductores.

Nanocápsulas, Usadas en el campo de la medicina para combatir enfermedades o ayudar con la liberación de fármacos. La investigación acerca de las nanocápsulas aspira solucionar los problemas que aparecen, como son los efectos secundarios de los fármacos además de complicaciones en el tratamiento de la enfermedad.

Nanotubos de Carbono, son estructuras cilíndricas con diámetro nanométrico, son los de silicio pero principalmente, los de carbono ya que unas de las principales características de este último son su gran conductividad, y sus propiedades térmicas y mecánicas. De momento, con los nanotubos de carbono ya se han fabricado componentes básicos de los ordenadores, siendo el próximo paso, construir circuitos electrónicos y siendo optimistas en pocos años fabricar ordenadores basados en nanotecnología.Propiedades eléctricas, los nanotubos de carbono se transforma a un tipo deconducción cuántica, en ocasiones los nanotubos incluso pueden presentar superconductividad que depende de relaciones geométricas, o sea, del número de capas, su torsión o diámetro; la resistencia del nanotubo no dependen de su longitud, a diferencia de lo que ocurre con los cables normales en donde su resistencia es directamente proporcional a su longitud.Propiedades mecánicas, es la fibra más resistente que se puede fabricar, esta capacidad se debe a la estabilidad y robustez de los enlaces entre los átomos de carbono, frente a esfuerzos de deformación muy intensos son capaces de hacerlo

enormemente y de mantenerse en un régimen elástico, al romperse un nanotubo, la fractura no se propagaría a los demás nanotubos ya que son independientes.En general es común aceptar que los nanotubos son 100 veces más resistentes que el acero, y 6 veces más ligeros.Propiedades térmicas, enormemente estables térmicamente, tanto para valores en el vacío como para mediciones en el aire, además, las propiedades pueden modificarse atrapando metales o inclusive gases en su interior.Aplicaciones, Polímeros conductores, cerámicas altamente tenaces,apantallamientos electromagnéticos, componentes para membranas y células solares, nano-osciladores en orden de giga-Hertz, puntas nanoscópicas, músculos artificiales.

Nanoporosos, son como esponjas pero con poros nanométricos, materiales en donde los poros ocupan una gran fracción de su volumen total y presentan una significativa cantidad de superficie por gramo. Un material tan poroso en un área lo tan pequeña posible sirve para, por un lado, porque muchas reacciones ocurren más rápido sobre determinadas superficies, y por otro, porque podemos rellenar los poros con lo que queramos: polímeros, metales o diferentes tipos de moléculas lo que lleva a descubrir peculiares comportamientos del material. Esta posibilidad de combinación de materiales abre las puertas a una variedad asombrosa de aplicaciones.

Nanofibras, su diámetro es menor a 500 nanómetros. Cuando los átomos de carbono se unen para construir un diamante lo hacen mediante cuatro enlaces covalentes y forman una rígida red tridimensional que le confiere a la preciada gema su proverbial dureza. Cuando se unen para construir grafito, los átomos de carbono lo hacen a través de tres enlaces covalentes situados en un plano; la estructura sigue siendo muy resistente en este plano pero es débil en dirección perpendicular. Desde hace tiempo se han venido produciendo fibras de carbono con este material, la cuales se utilizan para fabricar implementos deportivos como palos de golf, cañas de pescar, para elaborar ciertas partes de bólidos de fórmula uno o incluso para diferentes partes aviones de combate.Otra aplicación es la de protección contra bacterias, los agentes que componen lananofibra absorben los elementos dañinos desconocidos y los descomponen por medios químicos, pero el problema radica en que se hace difícil desechar los agentes tóxicos producidos.Aplicaciones, Filtros, tejidos, cosméticos, esterilización, separaciones biológicas, ingeniería de tejidos, biosensores, órganos artificiales, implantes, liberación controlada de fármacos, purificar el agua obteniendo la energía para hacerlo por medio de la luz del sol.

Nanohilos, es un cable con un diámetro del orden de un nanómetro, pueden ser definidos como estructuras que tienen un tamaño lateral restringido a diez o menos nanómetros por lo general, aunque científicos turcos en la Universidad Bilkent de Ankara están logrando crear nanohilos de 15 nanómetros de diámetro y de una longitud libre, debido a su relación longitud–ancho han sido considerados como materiales unidimensionales, por lo que presentan llamativas propiedades que no se han visto en materiales de 3 dimensiones, ya que en estos no se producen efectos físicos cuánticos en los bordes. Por ello también se los llama hilos cuánticos.Existen los hilos metálicos semiconductores y aisladores, estos dependen del elemento con que se los produzca que puede variar desde el níquel a oro, platino, titanio o silicio... Esto lleva a pensar que se obtendrán grandes velocidades de transmisión. Tiene gran potencial para ser aplicados en electrónica, dispositivos optoelectronicos, así como a dispositivos nanoenectromecanicos.