Medición tridimensional de la fuerza con resolución atómica

La microscopía de fuerza atómica (AFM) es una técnica extremadamente sensible que nos permite observar la topografía de materiales y caracterizar sus propiedades físicas con resolución atómica, detectando el carácter vectorial de la fuerza sobre la superficie del material. El uso del AFM más generalizado es el estudio de las propiedades físicas a nivel de nanoescala, poniendo el mayor interés en la componente normal a la superficie estudiada. Sin embargo, para estudiar interacciones entre los átomos en la superficie de los materiales se requiere de un conocimiento preciso de las fuerzas medidas como vectores tridimensionales.

Un grupo de la Universidad de Osaka, en Japón, en colaboración con un grupo del Instituto de Física de Eslovaquia desarrollaron un "AFM bimodal" para obtener información sobre las superficies de los materiales en las direcciones X, Y y Z con resolución atómica. Los investigadores midieron la fuerza total entre una punta AFM y la superficie de un sustrato de germanio.

Los resultados fueron recientemente publicados en Nature Physics (2017).

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Crecimiento epitaxial remoto de películas delgadas de GaAs sobre grafeno

Para la producción de diodos emisores de luz (LEDs), láseres para comunicaciones ópticas y circuitos electrónicos de alta velocidad  en comunicaciones inalámbricas, resulta esencial el crecimiento epitaxial de películas delgadas de arsenuro de galio (GaAs)  y otros compuestos similares.  Por medio del crecimiento epitaxial, un material crece sobre otro copiando su estructura cristalina. La producción de películas delgadas de GaAs, sin embargo, es complicada por la necesidad de sustratos libres de contaminación y ultra alto vacío.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois, EUA, demostró, mediante un cálculo de primeros principios,  que una capa de grafeno sobre un sustrato de GaAs no impediría el crecimiento epitaxial  de GaAs si sobre esta capa arriban átomos de Ga y As,  siempre y cuando ésta no sea mayor de 9 Å. Además,  demostraron que dichas películas se pueden crecer aplicando el método de crecimiento epitaxial a partir de compuestos organometálicos en fase vapor usualmente utilizado en la industria. A este proceso lo denominaron  epitaxia remota. Este proceso es particularmente atractivo en el contexto de la electrónica y la fotónica basados en materiales distintos al silicio, porque los sustratos cubiertos de grafeno pueden ser reutilizados y esto implica ahorros significativos. 

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature

Uso de nanopartículas de hierro como suplemento alimenticio

La anemia es un problema de salud pública a nivel mundial. Esta enfermedad es producida por una deficiencia de hierro en el organismo debida a una inadecuada alimentación. 

Hoy en día, muchos alimentos procesados son fortificados con hierro en forma de sales, como por ejemplo en la forma cloruro de Fe III (FeCl3) o sulfato de hierro II (FeSO4). Sin embargo, esto trae como consecuencia un cambio importante de los alimentos, debido a la alta cantidad de sal que debe agregarse, ya que su asimilación por el organismo es baja.

Un  grupo internacional de investigadores propuso añadir Fe en forma de nanopartículas acopladas a proteínas de la leche. Para ello sometieron a la sal ferrosa a reducción química en presencia de estas proteínas y formaron un complejo estable que puede ser utilizado como un suplemento alimenticio.

Los estudios de la eficiencia en la asimilación del Fe se realizaron incorporando el suplemento en las dietas de ratas hembras. Los investigadores observaron que el Fe se asimila más eficientemente en forma de nanopartículas que en forma de sal.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Nanotechnology (2017)

Dispositivo nanoestructurado de dos caras para la producción de hidrógeno a partir del agua

A pesar de las excelentes propiedades fotoactivas y la alta conversión de luz solar a hidrógeno (sobre el 14 %) que se logra con sistemas fotocatalíticos basados en compuestos semiconductores de los grupos III-V, como el arsenuro de galio (GaAs), éstos resultan inaplicables pues se corroen con facilidad ante la presencia de la sal o los electrolitos ácidos utilizados para incrementar la eficiencia.

Un grupo de investigadores de Estados Unidos desarrolló un electrodo fotocatalítico integrado, que consiste en un apilado de heteroestructuras de películas delgadas epitaxiales basadas en GaAs que se imprime sobre un sustrato transparente. Tal dispositivo delgado de bajo costo y de fácil impresión, presenta el ingenio de desacoplar el material destinado para recibir la luz, del empleado para la electrocatálisis. De este modo, el dispositivo tiene dos caras funcionales distinguibles: una cara fotovoltaica para convertir la luz en electricidad y otra cara donde la molécula de agua se divide eficientemente en hidrógeno y oxígeno. El dispositivo convierte un 13 % de la energía total comparable a otros dispositivos solares reportados; sin embargo, el nuevo dispositivo es más estable y mucho menos costoso.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature energy

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