Transcript Explorando el nanomundo actual

Explorando el Nano-mundo y sus Maravillas
Salvador Cruz Jiménez
Departamento de Física
Universidad Autónoma Metropolitana
Unidad Iztapalapa
De lo Macro a lo Nano
1019 m
100,000 años luz
109 m
106 m
10-2 m
m
10-3 m
10-1m
10-6 m
10-9 m = 1 nanometro (nm)
10-10 m = 0.1 nm = 1 Angstrom
Mili y micromundo
El nanomundo
Virus SIDA
25 mm
ADN
2 nm
Cabello humano
100 nm
50 mm
Adenina
Glóbulos
rojos
H
0,1 nm
5 mm
C N
Cortesía de Pedro Echenique
Reducción del tamaño de patrones de grabado y sus consecuencias
Los patrones en la superficie
del CD difractan la luz visible
Cabello sobre CD
El proceso de miniaturización en la industria electrónica
Procesadores Intel
Plantilla de circuitos
Creación de cada transistor
(Fotolitografía)
PELICULAS
Oblea de silicio con impresión
De muchos chips idénticos
El límite de la miniaturización a escala atómica
Ejemplo: Un CD como memoria de almacenamiento
Atomos de silicio
Si atoms on self-assembled 5 atom wide tracks consisting of 0.4 monolayer Au on
a stepped Si (111) substrate store information at 250 Terabits per square inch
(Franz Himpsel, http://uw.physics.wisc.edu/~himpsel/memory.html )
¡Entramos al nanomundo !
Nanotecnología: El límite atómico
“There’s Plenty of Room at the Bottom...”
Richard P. Feynman, 1959
“No hay ninguna ley
física que impida
manipular átomos y
moléculas
individualmente, o
fabricar estructuras a
partir de los mismos.
En principio se puede
hacer; en la práctica no
se ha hecho porque
somos demasiado
grandes”.
¿Por qué el tamaño sí importa?
Las propiedades físicas y químicas de un material cambian fuertemente
respecto al material macroscópico cuando sus dimensiones son nanométricas.
electro
hole
n
Se trata del comportamiento
de unos pocos átomos
(moléculas) en comparación
con el sólido macroscópico
o bien
del
comportamiento
de electrones,
átomos o
moléculas
Atrapados en
cavidades
nanométricas.
100 A
Wannier exciton in nanocrystalite
7A
Nano-confinamiento y propiedades
ópticas de materiales
Se bombardea con electrones un cristal
De NaCl
_
+
+
5A
e-
_
+
_
El cristal se colorea
_
+
Centros-F en
halogenuros alcalinos
Los electrones atrapados en vacancias absorben y emiten luz
como los átomos, debido al confinamiento espacial
PELICULAS
Absorción y emisión de luz de
Nano-partículas de CdSe
Quantum dots
Absorción
electron
hole
100 A
Emisión
Wannier exciton in nano-crystalite
Absorción/Emisión
Qdot 525, 565, 605 and 655 Streptavidin Conjugates
used to label the breast cancer marker Her2 on the
surface of different SK-BR-3 cells.
PELICULA
Kenneth Chang, "Tiny Is Beautiful: Translating 'Nano' Into Practical", The New York Times, February 22,
2005.Images courtesy of the Stained Glass Museum, Britain.
¿Es posible manipular átomos?
•La ciencia actual ha llegado al punto de la manipulación de
átomos individuales, lo cual hace factible la construcción
futura de arreglos más complejos con funciones específicas.
Microscopia de Fuerza Atómica
AFM UAM-Iztapalapa
Principio del Microscopio de Fuerza Atómica
Cortesía: Pedro Echenique
1nm
Cortesía: Pedro Echenique
La manipulación de átomos permite ahora construir oredenamientos
atómicos específicos sobre superficies.
PELICULA
Corrales Cuánticos diseñados sobre pedido.
5 nm
átomos de fierro sobre superficie de cobre
¿Estamos usando ahora la nanotecnología?
“…it has become the first to begin mass producing 16 gigabit (Gb)
NAND flash, the highest capacity memory chip now available.
The company said it will fabricate the devices in 51 nanometers (nm),
the finest process technology to be used in memory mass production to date.”
16Gb flash memory Samsung (2009)
“It combines pure nano silver ion with fiber by high tech to create a new product
which has functions of anti-bacteria, disinfection and deodorization.
It can also release an anion and the healthy energy.”
The Agility dress is sporty and fun all in on. The hem length is above
the knee with functional invisible side seam pockets, tee holder pocket
on the chest, and a built-in support sport top. This design is constructed
with revolutionized fabrics that repel liquids, resist wrinkles, dry fast,
breathe easy, enhance circulation and is antimicrobial.
PELICULA
www.nanotechproject.org
Contains natural oils and Vitamin F, encapsulated into powerful nanoparticles
Nanospheres: Infused with free radical fighting antioxidant vitamins, penetrate deep
into the skin to protect, condition and adjust to skin’s specific needs. Arbonne Intl.
“With the additive of Silver Nanoparticles, our product has been clinically proven to
fight against harmful bacteria, molds and mites.”
www.nanotechproject.org
“GM introduced the first commercial automotive exterior application of
nanocomposite material on the step assist of the 2002 GMC Safari
and Chevrolet Astro vans.
Fullerene C60 is a naturally occurring microscopic form of carbon, of the same
purity as a diamond, which was found to to have remarkable
anti-oxidant properties.
“The Nanofine Zinc Oxide for Cosmetic Clarity and Broad Spectrum UV Protection.
ZinClear™ is an exceptionally transparent form of zinc oxide.
www.nanotechproject.org
Nano-materiales
y
primeras nano-máquinas
Fullerenos y Nanotubos
nanotubo
1 nm
Control de crecimiento
Hoja de grafito
Nano manipulador
Nano-alambres
300 nm
modelo
real
Nanomotor basado en
Un nanotubo (eje) , una placa metalica y
un chip de silicio
Película STM
Quicktime+fast_osc
A.N. Fennimore et al. NATURE, 424 (2003) 408.
Oscilador nano-electromecánico asistido por tensión
superficial
nanotubo
Transporte atómico inducido
Por corriente en nanotubo
Nanogotas de mercurio
PELICULA
Regan_relax
Visión hacia el futuro…..lo que la Ciencia depara…..
El motor de una nanomáquina
Y el principio de los nano robots…!
PELICULA
Regan_CG_movie
¿Qué nos enseña la naturaleza?
Patrones de auto-organización molecular
Virus SIDA
H
C
ADN
N
100 nm
¿Máquinas moleculares naturales?
Virus inyectando ADN en una célula
¿cómo conoce su función?
100 nm
¿Es posible manipular átomos individuales y construir máquinas moleculares
con funciones específicas?
Y la visión hacia las nano máquinas…
Nano máquinas y robots híbridos del futuro…..
Pumps remove toxins
from the body and
disperse drugs
Outer shell made of
strong, chemically
inert diamond
Sensors and manipulators
detect illnesses and
perform cell
by cell surgery
Cell
Cortesía: Pedro Echenique
Width of a human hair
Typical probe sizes
Up to 10 trillion
nanorobots,
each as small
as 1/200th the
width of a
human hair
might be
injected
at once
Adapted from Time Magazine, Nov. 1999 by A. P. Tomsia
Acoustic relay
attached to an
onboard computer
sends and receives
ultrasound to
communicate
with medical
team
Cortesía: Pedro Echenique
?
Las máquinas y robots moleculares pueden ser
desarrollados, sólo es cuestión de tiempo.
Nace la ingeniería molecular o nano-ingeniería
como actividad interdisciplinaria entre Biología,
Física , Química y Computación.
Un nuevo mundo
“La cultura del siglo XXI va a ser una
cultura científico-técnica: los países
que no desarrollen esta cultura están
condenados al subdesarrollo.”
Ginés Morata
(Premio México, 2004)
Cortesía: Pedro Echenique