April 30, 2012

SPECKLE FREE LASER IMAGING USING RANDOM LASER ILLUMINATION


"Speckle-free laser imaging using random laser illumination".  B. Redding, M. A. Choma, H. Cao. NATURE PHOTONICS. In press. DOI: 10.1038/nphoton.2012.90

Many imaging applications require increasingly bright illumination sources, motivating the replacement of conventional thermal light sources with bright light-emitting diodes, superluminescent diodes and lasers. Despite their brightness, lasers and superluminescent diodes are poorly suited for full-field imaging applications because their high spatial coherence leads to coherent artefacts such as speckle that corrupt image formation. We recently demonstrated that random lasers can be engineered to provide low spatial coherence. Here, we exploit the low spatial coherence of specifically designed random lasers to demonstrate speckle-free full-field imaging in the setting of intense optical scattering. We quantitatively show that images generated with random laser illumination exhibit superior quality than images generated with spatially coherent illumination. By providing intense laser illumination without the drawback of coherent artefacts, random lasers are well suited for a host of full-field imaging applications from full-field microscopy to digital light projector systems.

Muchas aplicaciones de imagenología requieren fuentes de iluminación cada vez más brillantes, motivando el reemplazo de fuentes de luz térmica convencionales con diodos emisores de luz brillante, diodos superluminiscentes y láseres. A pesar de su brillantez, los láseres y los diodos superluminiscentes son poco adecuados para las aplicaciones de toma de imágenes de campo completo, porque su alta coherencia espacial provoca procesos coherentes tales como la formación de "speckle" que corrompen la formación de la imagen. Aquí, se aprovecha la baja coherencia espacial de láseres aleatorios específicamente diseñados para demostrar la toma de imágenes de campo completo libres de speckle, en el régimen de esparcimiento óptico intenso. Se muestra cuantitativamente que las imágenes generadas con iluminación de un láser aleatorio exhiben una calidad superior a la de las imágenes generadas con iluminación espacialmente coherente. Debido a que los láseres aleatorios proveen iluminación láser intensa sin presetar procesos coherentes, se ajustan muy bien a las aplicaciones de formación de imágenes de campo completo, que van desde microscopia de campo completo hasta sistemas digitales de proyección de luz.

RED, GREEN AND BLUE LASING ENABLED BY SINGLE-EXCITON GAIN IN COLLOIDAL QUANTUM DOT FILMS


"Red, green and blue lasing enabled by single-exciton gain in colloidal quantum dot films". C. Dang, J. Lee, C. Breen, J. S. Steckel, S. Coe-Sullivan, A. Nurmikko. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press
DOI: 10.1038/NNANO.2012.61

 Colloidal quantum dots exhibit efficient photoluminescence with widely tunable bandgaps as a result of quantum confinement effects. Such quantum dots are emerging as an appealing complement to epitaxial semiconductor laser materials, which are ubiquitous and technologically mature, but unable to cover the full visible spectrum (red, green and blue; RGB). However, the requirement for high colloidal-quantum-dot packing density, and losses due to non-radiative multiexcitonic Auger recombination, have hindered the development of lasers based on colloidal quantum dots. Here, we engineer CdSe/ZnCdS core/shell colloidal quantum dots with aromatic ligands, which form densely packed films exhibiting optical gain across the visible spectrum with less than one exciton per colloidal quantum dot on average. This single-exciton gain allows the films to reach the threshold of amplified spontaneous emission at very low optical pump energy densities of 90 µJ cm–2, more than one order of magnitude better than previously reported values. We leverage the low-threshold gain of these nanocomposite films to produce the first colloidal-quantum-dot vertical-cavity surface-emitting lasers (CQD-VCSEL). Our results represent a significant step towards full-colour single-material lasers.

video
 
Los puntos cuánticos coloidales exhiben fotoluminiscencia eficientemente, con un amplio intervalo de brechas energéticas entonables, como un resultado de los efectos de confinamiento cuántico. Tales puntos cuánticos están emergiendo como un complemento a los materiales láser semiconductores crecidos epitaxialmente, los cuales se encuentran en muchos dispositivos y están en una etapa tecnológicamente madura, pero son incapaces de cubrir por completo todo el espectro visible (rojo, verde y azul; RGB). Sin embargo, el requisito de una alta densidad de empaquetamiento de los puntos cuánticos coloidales y las pérdidas debidas a recombinaciones Auger multiexcitónicas no radiativas han impedido el desarrollo de láseres basados en puntos cuánticos coloidales. Aquí se diseñaron puntos cuánticos coloidales núcleo/cáscara de CdSe/ZnCdS con ligandos aromáticos, los cuales forman películas densamente empaquetadas que exhiben ganancia óptica a lo largo de todo el espectro visible, con menos de un excitón por punto cuántico coloidal en promedio. Esta ganancia de sólo un excitón permite que las películas alcancen el umbral de emisión espontánea amplificada con muy bajas densidades de energía de bombeo óptico de 90  µJ cm–2, lo cual es un orden de magnitud mejor que los valores reportados con anterioridad. Se indujo la ganancia en estas películas nanocomposito con un umbral bajo para producir los primeros láseres emisores de superficie de cavidad vertical de puntos cuánticos coloidales (CQD-VCSEL). Los resultados representan un significativo paso adelante hacia los láseres de un sólo material que emiten en todos los colores.

April 27, 2012

MEXICAN OPTICS AND PHOTONICS MEETING 2012


NANOTEXTURED SILICA SURFACES WITH ROBUST SUPER-HYDROPHOBICITY AND OMNIDIRECTIONAL BROADBAND SUPER-TRANSMISSIVITY

"Nanotextured silica surfaces with robust super-hydrophobicity and omnidirectional broadband super-transmissivity". K. -C. Park, H. J. Choi, C. -H. Chang, R. E. Cohen, G. H. McKinley, G. Barbastathis. ACS NANO. In press. DOI: 10.1021/nn301112t

Designing multifunctional surfaces that have user-specified interactions with impacting liquids and with incident light is a topic of both fundamental and practical significance. Taking cues from nature, we use tapered conical nanotextures to fabricate the multifunctional surfaces; the slender conical features result in large topographic roughness whilst the axial gradient in the effective refractive index minimizes reflection through adiabatic index-matching between air and the substrate. Precise geometric control of the conical shape and slenderness of the features as well as periodicity at the nanoscale are all keys to optimizing the multi-functionality of the textured surface, but at the same time these demands pose the toughest fabrication challenges. Here we report a systematic approach to concurrent design of optimal structures in the fluidic and optical domains, and a fabrication procedure that achieves the desired aspect ratios and periodicities with few defects, and large pattern area. Our fabricated nanostructures demonstrate structural superhydrophilicity or, in combination with a suitable chemical coating, robust superhydrophobicity. Enhanced polarization-independent optical transmission exceeding 98% has also been achieved over a broad range of bandwidth and incident angles. These nanotextured surfaces are also robustly anti-fogging or self-cleaning offering potential benefits for applications such as photovoltaic solar cells.


 El diseño de superficies multifuncionales que presenten interacciones específicas ante el impacto de líquidos y ante la luz incidente es un tema de interés fundamental y práctico. Inspirados en algunos casos que se dan en la naturaleza, se hace uso de nanotexturas cónicas afiladas para fabricar superficies multifuncionales. Las estructuras cónicas delgadas dan lugar a una amplia rugosidad topográfica, mientras que el gradiente axial en el índice de refracción efectivo minimiza las reflexiones de la luz mediante un empatamiento adiabático de índices entre el aire y el substrato. Las claves para optimizar la multifuncionalidad de la superficie texturizada son el control geométrico preciso de la forma cónica, la estrechez de las estructuras y su periodicidad nanométrica, pero al mismo tiempo estos requisitos representan fuertes retos para la fabricación. Aquí se reporta una estrategia sistemática para el diseño concurrente de estructuras óptimas en los dominios de los fluídos y de la óptica, y un procedimiento de fabricación con el que se logran las proporciones geométricas y las periodicidades deseadas, sobre una amplia superficie y con muy pocos defectos. Las nanoestructuras que aquí se reportan muestran superhidrofobicidad estructural o, en combinación con un recubrimiento químico adecuado, superhidrofobicidad robusta. Se obtuvo un aumento en la transmisión óptica, independiente de la polarización, la cual llega a exceder el 98% sobre un amplio espectro para un amplio intervalo de ángulos incidentes. Estas superficies nanotexturizadas también presentan propiedades antiempañantes o autolimpiantes robustas, lo que ofrece beneficios potenciales en aplicaciones tales como celdas solares fotovoltaicas.

April 26, 2012

FEMTOSECOND POPULATION INVERSION AND STIMULATED EMISSION OF DENSE DIRAC FERMIONS IN GRAPHENE


"Femtosecond population inversion and stimulated emission of dense Dirac fermions in graphene". T. Li, L. Luo, M. Hupalo, J. Zhang, M. C. Tringides, J. Schmalian, J. Wang. PHYSICAL REVIEW LETTERS 108, 167401 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.167401

We show that strongly photoexcited graphene monolayers with 35 fs pulses quasi-instantaneously build up a broadband, inverted Dirac fermion population. Optical gain emerges and directly manifests itself via a negative conductivity at the near-infrared region for the first 200 fs, where stimulated emission completely compensates absorption loss in the graphene layer. Our experiment-theory comparison with two distinct electron and hole chemical potentials reproduce absorption saturation and gain at 40 fs, revealing, particularly, the evolution of the transient state from a hot classical gas to a dense quantum fluid with increasing the photoexcitation.

Se muestra que se construye una población invertida de fermiones de Dirac, de amplio espectro, en monocapas de grafeno fuertemente fotoexcitadas con pulsos cuasi-instantáneos de 35 fs. Hay ganancia óptica, que se manifiesta directamente por medio de una conductividad negativa en la región del cercano infrarrojo durante los primeros 200 fs, donde la emisión estimulada compensa completamente las pérdidas por absorción en la capa de grafeno. La comparación de la teoría con el experimento, con dos distintos potenciales químicos de electrones y huecos, reproduce la saturación en la absorción y la ganancia a 40 fs, haciendo evidente, en particular, la evolución del estado transitorio de un gas clásico caliente a un fluido cuántico denso, conforme aumenta la fotoexcitación.

MULTIBLOCK POLYMERS: PANACEA OR PANDORA'S BOX?

 
"Multiblock polymers: panacea or pandora's box?" F. S. Bates, M. A. Hillmyer, T. P. Lodge, C. M. Bates, K. T. Delaney, G. H. Fredrickson. SCIENCE 336, 434 (2012). DOI: 10.1126/science.1215368

Advances in synthetic polymer chemistry have unleashed seemingly unlimited strategies for producing block polymers with arbitrary numbers (n) and types (k) of unique sequences of repeating units. Increasing (k,n) leads to a geometric expansion of possible molecular architectures, beyond conventional ABA-type triblock copolymers (k = 2, n = 3), offering alluring opportunities to generate exquisitely tailored materials with unparalleled control over nanoscale-domain geometry, packing symmetry, and chemical composition. Transforming this potential into targeted structures endowed with useful properties hinges on imaginative molecular designs guided by predictive theory and computer simulation. Here, we review recent developments in the field of block polymers. 

Los avances en la química de polímeros sintéticos ha desencadenado lo que parece ser una cantidad ilimitada de estrategias para producir polímeros de bloque con números (n) y tipos (k) arbitrarios de secuencias únicas hechas de unidades que se repiten. El incremento de (k,n) lleva a una expansión geométrica de posibles arquitecturas moleculares, que van más allá de los copolímeros tribloque convencionales de tipo ABA (k=2, n=3), lo cual ofrece atractivas oportunidades para la generación de materiales diseñados a la medida con un control sin precedentes sobre su geometría en escala nanométrica, su simetría de empaquetamiento, y su composición química. La transformación de estas potencialidades en estructuras bien dirigidas proporciona rutas de propiedades útiles para un diseño molecular creativo guiado por una teoría predictiva y por simulación computacional. Aquí se revisan los desarrollos más recientes en el campo de los polímeros de bloque.

April 25, 2012

BILAYER ORDER IN A POLYCARBAZOLE-CONJUGATED POLYMER


"Bilayer order in a polycarbazole-conjugated polymer". X. Lu, H. Hlaing, D. S. Germack, J. Peet, W. H. Jo, D. Andrienko, K. Kremer, B. M Ocko. NATURE COMMUNICATIONS 3, 795 (2012). 
DOI: 10.1038/ncomms1790

One of the best performing semiconducting polymers used in bulk heterojunction devices is PCDTBT, a polycarbazole derivative with solar-conversion efficiencies as high as 7.2%. Here we report the formation of bilayer ordering in PCDTBT, and postulate that this structural motif is a direct consequence of the polymer's molecular design. This bilayer motif is composed of a pair of backbones arranged side-to-side where the alkyl tails are on the outer side. This is in stark contrast to the monolayer ordering found in other conjugated polymers. The crystalline bilayer phase forms at elevated temperatures and persists after cooling to room temperature. The existence of bilayer ordering, along with its high-packing fraction of conjugated moieties, may guide the synthesis of new materials with improved optoelectronic properties.

Uno de de los polímeros semiconductores con mejor desempeño en dispositivos heterounión en bulto es el PCDTBT, un derivado del policarbazol que tiene eficiencias de conversión solar tan altas como 7.2%. Aquí se reporta la formación de ordenamiento en bicapas en el PCDTBT, y se postula que el origen de la estructura es una consecuencia directa del diseño molecular del polímero. Esta bicapa se compone de un par de esqueletos organizados de lado a lado, donde los grupos alquilo están en el lado externo. Ésto contrasta fuertemente con el ordenamiento de monocapas encontrado en otros polímeros conjugados. La fase cristalina de las bicapas se forma a temperaturas elevadas, y persiste después de que se enfría a temperatura ambiente. La existencia de un ordenamiento en bicapas, en conjunto con la alta fracción de empaquetamiento de porciones conjugadas del polímero, pueden guiar a la síntesis de nuevos materiales con propiedades optoelectrónicas mejoradas.

PHOTOREACTIVE AZIDO-CONTAINING SILICA NANOPARTICLE/POLYCATION MULTILAYERS: DURABLE SUPERHYDROPHOBIC COATING ON COTTON FABRICS


"Photoreactive azido-containing silica nanoparticle/polycation multilayers: durable superhydrophobic coating on cotton fabrics". Y. Zhao, Z. Xu, X. Wang, T. Lin. LANGMUIR 28, 6328 (2012). 
DOI: 10.1021/la300281q

In this study, we report the functionalization of silica nanoparticles with highly photoreactive phenyl azido groups and their utility as a negatively charged building block for layer-by-layer (LbL) electrostatic assembly to produce a stable silica nanoparticle coating. Azido-terminated silica nanoparticles were prepared by the functionalization of bare silica nanoparticles with 3-aminopropyltrimethoxysilane followed by the reaction with 4-azidobenzoic acid. The azido functionalization was confirmed by FTIR and XPS. Poly(allylamine hydrochloride) was also grafted with phenyl azido groups and used as photoreactive polycations for LbL assembly. For the photoreactive silica nanoparticle/polycation multilayers, UV irradiation can induce the covalent cross-linking within the multilayers as well as the anchoring of the multilayer film onto the organic substrate, through azido photochemical reactions including C–H insertion/abstraction reactions with surrounding molecules and dimerization of azido groups. Our results show that the stability of the silica nanoparticle/polycation multilayer film was greatly improved after UV irradiation. Combined with a fluoroalkylsilane post-treatment, the photoreactive LbL multilayers were used as a coating for superhydrophobic modification of cotton fabrics. Herein the LbL assembly method enables us to tailor the number of the coated silica nanoparticles through the assembly cycles. The superhydrophobicity of cotton fabrics was durable against acids, bases, and organic solvents, as well as repeated machine wash. Because of the unique azido photochemistry, the approach used here to anchor silica nanoparticles is applicable to almost any organic substrate.

En este estudio se reporta la funcionalización de nanopartículas de dióxido de silicio con grupos fenil azida altamente fotorreactivos, así como su utilidad como bloque de construcción cargado negativamente para un ensamblaje electrostático capa por capa (LbL) que produce recubrimientos estables de nanopartículas de dióxido de silicio. Las nanopartículas de dióxido de silicio con terminaciones azida fueron preparadas mediante la funcionalización, con 3-aminopropiltrimetoxisilano, de nanopartículas de dióxido de silicio sin recubrir, seguido de una reacción con ácido 4-azidobenzoico. La funcionalización azida fue confirmada mediante FTIR y XPS. También se injertó poli(clorhidrato alilamina) con grupos fenil azida y se usó como fuente de policationes fotorreactivos para el ensamblaje LbL. Para la preparación de multicapas de nanopartículas de dióxido de silicio y policationes, se usó luz UV que induce el entrecruzamiento covalente entre las multicapas y hace que la película multicapa se ancle a un substrato orgánico, a partir de las reacciones fotoquímicas de la azida, las cuales incluyen a reacciones de inserción/abstracción de C-H con las moléculas circundantes, y la dimerización de los grupos azida. Los resultados muestra que la estabilidad de la película multicapa hecha de nanopartículas de silicio y policationes se vio incrementada después de la iluminación con luz UV. En combinación con tratamiento posterior a base de fluoroalquilsiliano, las multicapas fotorreactivas LbL fueron usadas como un recubrimiento para modificar superhidrofóbicamente tejidos de algodón. En este caso el método de ensamblaje LbL permite controlar el número de nanopartículas de dióxido de silicio recubiertas mediante ciclos de ensamblaje. La superhidrofobicidad de los tejidos de algodón es resistente ante los ataques de ácidos, bases, y solventes orgánicos, así como también ante varios lavados en lavadora. Debido a la fotoquímica única de los grupos azida, la estrategia usada en este trabajo, para anclar a las nanopartículas de dióxido de silicio, es aplicable a casi cualquier substrato orgánico.

April 24, 2012

MULTIFUNCTIONAL ACTIVE WINDOWS - VENTANAS ACTIVAS MULTIFUNCIONALES

Windows are openings in an opaque wall to admit light and air. The windows usually contain a sheet of glass to open and close; when the windows are closed, the light is able to pass through them, but the pass of the air is blocked.

Till today, the most of the windows in vehicles or in buildings have been passive elements, whose functions are limited to: allow the transmission of light and to establish a spatial separation between two media.

Although, with the most recent technological developments, specially in the nanotechnology area, the windows will change, they are not going to be passive building elements, but they will become in active, multifunctional and even "smart" elements.

In particular, the sol-gel method plays an important role in the development of these kinds of materials, mainly through the fabrication of coatings which can be deposited onto the glass of the windows.

The unique features of the sol-gel method allow the fabrication of homogeneous coatings at room temperature from a liquid phase. It implies to have the ability to produce not only inorganic coatings, but also coatings able to contain organic matter devoted to specific functions, for example to absorb ultraviolet light, to emit visible light, to scatter the incident light or to generate electric energy from light.

To allow the pass of light through the windows but, at the same time, to block the pass of matter is the basic nature of the usual windows glasses. This is the reason why many of the glass coatings are based on their interaction with light; thus some issues like transmission, generation, detection and manipulation of light are key processes to keep in mind when developing the coatings; in this way, the coated windows transform into real photonic materials.

Due to the functionalities added by the coatings to the glasses of the windows, it is not far in the future the day in which the windows can be:
  •  Self-cleaning. Functionality acquired by coatings made of titanium dioxide; their contact with water, under illumination, allows the removal of dust and pollutants from the windows surface. [1]
  •  Anti-fogging. Functionality acquired by high surface energy coatings made of titanium dioxide; they decrease the contact angle between the water and the windows, in this way the fog on the windows is avoided. [2]
  •  Photocatalytic. Functionality acquired by mesoporous titanium dioxide coatings; they convert, under illumination, toxic gases into non-toxic gases. [3]
  •  Antibacterial. Functionality acquired by silicon dioxide coatings doped with silver nanoparticles; the silver nanoparticles alter some bacteria DNA, diminishing in this way the health risks due to bacteria. [4]
  •  Ultraviolet radiation shield. Functionality acquired by silicon dioxide hybrid organic-inorganic coatings; they efficiently absorb and reflect ultraviolet light, blocking its transmission and avoiding organic matter degradation. [5]
  •  Infrared radiation shield. Functionality acquired by zinc oxide coatings; they reflect infrared light, blocking its transmission and avoiding an increase in temperature where the light falls. [6]
  •  Photovoltaic cell. Functionality acquired by zinc oxide hybrid organic-inorganic coatings; under illumination, they generate electric energy. [7]
  •  Electrochromic. Functionality acquired by silicon dioxide hybrid organic-inorganic coatings doped with liquid crystals; they modify the windows transparency through the application of voltages. [8]
  •  Electrical conducting. Functionality acquired by zinc oxide coatings doped with tin; they have a low electrical resistance while remain transparent to the visible light. [9]
  •  Gas sensors. Functionality acquired by zinc oxide coatings; their electrical resistance changes as a response to modifications in the gases of the surroundings atmosphere. [10]
  •  Thermochromic. Functionality acquired by vanadium dioxide coatings; their optical reflectance increases as a response to increments in temperature. [11]
  •  Optical limiter. Functionality acquired by mesoporous silicon dioxide coatings doped with fullerene; they allow the transmission of low intensity light through the window, but they block the transmission of high intensity light. [12]
  •  Antireflective. Functionality acquired by coatings with metal oxide nanoparticles; the nanoparticles help to diminish the windows reflectance in a wide spectral range. [13]
  •  Scratch resistant. Functionality acquired by silicon dioxide hybrid organic-inorganic coatings; they protect from scratches to the windows made with some transparent polymer. [14]
  •  Light emitter. Functionality acquired by silicon dioxide or zirconium dioxide coatings doped with nanoparticles in which there are rare earth ions; they are able to emit light in several wavelengths. [15]
All of this means that the windows, in the near future, will not be passive windows, instead they will be active and multifunctional, and maybe it will be usual to find smart windows in the cars, just like those proposed by General Motors company in the next video:


This post is part of the IX Technology Carnival Edition. In this occasion the carnival is hosted by Vicente, from El Tao de la Física.


Las ventanas son aberturas que se dejan en una pared opaca para permitir el paso de luz y aire. Generalmente se cierran y se abren mediante un vidrio de igual tamaño que la abertura, lo cual impide el paso de aire pero sigue permitiendo el paso de luz.

Hasta el día de hoy, la mayoría de las ventanas existentes en cualquier tipo de construcción o en cualquier medio de transporte han sido elementos pasivos, cuyas funciones se limitan a permitir el paso de luz visible, al mismo tiempo que sirven de separación espacial entre dos medios.

Sin embargo, con el desarrollo tecnológico actual, especialmente en el área de la nanotecnología, las ventanas poco a poco dejan de ser meros elementos pasivos de construcción para convertirse en elementos activos, multifuncionales e incluso "inteligentes".

En particular, la técnica sol-gel juega un papel importante en el desarrollo de este tipo de materiales, principalmente a través de la elaboración de recubrimientos vítreos susceptibles de depositarse sobre los vidrios de las ventanas.

Las características únicas de elaboración de materiales mediante el método sol-gel permiten la fabricación de recubrimientos homogéneos a partir de una fase líquida y a temperatura ambiente, lo cual permite que los recubrimientos no sean tan sólo inorgánicos, sino que además puedan contener material orgánico destinado a realizar funciones específicas, como pueden ser la absorción de luz ultravioleta, la emisión de luz visible, el esparcimiento de toda la luz incidente o la fotogeneración de voltajes.

Debido a la naturaleza misma de los vidrios de las ventanas usuales, dichos vidrios suelen permitir el paso de la luz evitando el paso de materia, por lo que muchas de las aplicaciones de los recubrimientos vítreos están basadas en su interacción con la luz misma, así que aspectos tales como la transmisión, la generación, la detección y la manipulación de la luz a partir de estos recubrimientos son cuestiones esenciales a considerar durante su desarrollo, es decir, que los recubrimientos vítreos pueden llegar a verdaderos materiales fotónicos.

Con las funcionalidades que estos recubrimientos otorgan a los vidrios, no está muy lejos el día en que las ventanas podrán ser, entre otras cosas:
  •  Autolimpiables. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos hechos con dióxido de titanio, cuyo contacto con el agua, en presencia de luz, permite la remoción de suciedad sobre la superficie de las ventanas. [1]
  •  Antiempañantes. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de alta energía superficial, hechos con dióxido de titanio, que disminuyen el ángulo de contacto del agua, evitando así que las ventanas se empañen. [2]
  •  Fotocatalíticas. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos mesoporosos de dióxido de titanio, los cuales, en presencia de luz, convierten gases contaminantes en gases no contaminantes. [3]
  •  Antibacterianas. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de dióxido de silicio que contienen nanopartículas de plata, las cuales alteran el ADN de algunas bacterias, inactivando así su efecto nocivo a la salud. [4]
  •  Protectoras contra la radiación ultravioleta. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos híbridos orgánico-inorgánicos de dióxido de silicio, que absorben y reflejan eficientemente la luz ultravioleta, impidiendo que pase y cause deterioros en materia orgánica. [5]
  •  Protectoras contra el calentamiento por luz infrarroja. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de óxido de zinc, que reflejan la luz infrarroja, impidiendo que pase y genere un aumento de temperatura en los objetos en que incida. [6]
  •  Celdas fotovoltaicas. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos híbridos orgánico-inorgánicos de óxido de zinc, que generan energía eléctrica a partir de la absorción de luz. [7]
  •  Electrocrómicas. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos híbridos orgánico-inorgánicos de dióxido de silicio contaminado con cristales líquidos, que pueden ven modificada su transparencia cuando se les aplica una diferencia de potencial eléctrico. [8]
  •  Conductoras de electricidad. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de óxido de zinc contaminado con estaño, los cuales tienen una baja resistencia eléctrica y una alta transparencia a la luz visible. [9]
  •  Sensores de gases. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de óxido de zinc, los cuales modifican su resistencia eléctrica ante cambios en la atmósfera que les rodea. [10]
  •  Termocrómicas. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de dióxido de vandio, los cuales aumentan su reflectancia como respuesta a aumentos en su temperatura. [11]
  •  Limitadores ópticos. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos mesoporosos de dióxido de silicio contaminados con fulerenos, los cuales permiten la transmisión de luz de baja intensidad y bloquean el paso de luz muy intensa. [12]
  •  Antirreflejantes. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos que contienen nanopartículas de óxidos metálicos, las cuales disminuyen la reflectancia de las ventanas. [13]
  •  Resistentes a ralladuras. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos híbridos orgánico-inorgánicos de dióxido de silicio, los cuales protegen de posibles ralladuras a las ventanas hechas de algún tipo de polímero transparente. [14]
  •  Emisoras de luz. Funcionalidad adquirida a partir de recubrimientos de dióxido de silicio o dióxido de circonio contaminados con nanopartículas que contienen iones de tierras raras, los cuales son capaces de emitir luz de diversas longitudes de onda. [15]
Es decir, que en un futuro cercano las ventanas ya no serán pasivas, sino que serán activas y multifuncionales, y quizás hasta sea común encontrar ventanas "inteligentes" en los coches, como las que propone General Motors en el siguiente video.


Esta entrada participa en la IX Edición del Carnaval de la Tecnología, cuyo anfitrión en esta ocasión es Vicente, del blog El Tao de la Física.

LIGHT-TRIGGERED SELF-CONSTRUCTION OF SUPRAMOLECULAR ORGANIC NANOWIRES AS METALLIC INTERCONNECTS


"Light-triggered self-construction of supramolecular organic nanowires as metallic interconnects". V. Faramarzi, F. Niess, E. Moulin, M. Maaoloum, J. F. Dayen, J. B. Beaufrand, S. Zanettini, B. Doudin, N. Guiseppone. NATURE CHEMISTRY. In press. DOI: 10.1038/nchem.1332

 The construction of soft and processable organic material able to display metallic conduction properties—a large density of freely moving charges—is a major challenge for electronics. Films of doped conjugated polymers are widely used as semiconductor devices, but metallic-type transport in the bulk of such materials remains extremely rare. On the other hand, single-walled carbon nanotubes can exhibit remarkably low contact resistances with related large currents, but are intrinsically very difficult to isolate and process. Here, we describe the self-assembly of supramolecular organic nanowires between two metallic electrodes, from a solution of triarylamine derivative, under the simultaneous action of light and electric field triggers. They exhibit a combination of large conductivity values (>5 × 103 S m−1) and a low interface resistance (<2 × 10−4 Ω m). Moreover, the resistance of nanowires in series with metal interfaces systematically decreases when the temperature is lowered to 1.5 K, revealing an intrinsic metallic behaviour.

La elaboración de material orgánico suave y procesable, capaz de mostrar propiedades de conducción metálicas - con una alta densidad de cargas libres de movimiento - es un reto importante para la electrónica. Las películas contaminadas con polímeros conjugados son ampliamente usadas como dispositivos semiconductores, pero todavía es muy extraño que tales materiales presenten transporte metálico en bulto. Por otro lado, los nanotubos de carbono de una sóla pared son capaces de exhibir bajas resistencias de contacto con altas corrientes asociadas, pero son intrínsecamente difíciles de aislar y procesar. Aquí se describe el autoensamblaje de nanoalambres orgánicos supramoleculares entre dos electrodos metálicos, hechos a partir de una solución de derivados de triarilamina, bajo la acción simultánea de activadores por luz o por campo eléctrico. Los nanoalambres exhiben una combinación de altos valores de conductividad  (>5 × 103 S m−1) y una baja resistencia interfacial (<2 × 10−4 Ω m). Es más, la resistencia de los nanoalambres en serie con las interfaces metálicas decrece sistemáticamente cuando la temperatura disminuye hasta 1.5 K, lo que muestra la existencia de un comportamiento metálico intrínseco.

DANCE YOUR Ph.D. CONTEST 2012


April 23, 2012

VIII WORKSHOP ITALIANO SOL-GEL




XX SUMMER SCHOOL ON PHYSICS - UNAM


NANOSCALE FERROELECTRICITY IN CRYSTALLINE γ-GLYCINE

"Nanoscale Ferroelectricity in Crystalline γ-Glycine". A. Heredia, V. Meunier, I. K. Bdikin, J. Gracio, N. Balke, S. Jesse, A. Tselev, P. K. Agarwal, B. G. Sumpter, S. V. Kalinin, A. L. Kholkin. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adfm.201103011

Ferroelectrics are multifunctional materials that reversibly change their polarization under an electric field. Recently, the search for new ferroelectrics has focused on organic and bio-organic materials, where polarization switching is used to record/retrieve information in the form of ferroelectric domains. This progress has opened a new avenue for data storage, molecular recognition, and new self-assembly routes. Crystalline glycine is the simplest amino acid and is widely used by living organisms to build proteins. Here, it is reported for the first time that γ-glycine, which has been known to be piezoelectric since 1954, is also a ferroelectric, as evidenced by local electromechanical measurements and by the existence of as-grown and switchable ferroelectric domains in microcrystals grown from the solution. The experimental results are rationalized by molecular simulations that establish that the polarization vector in γ-glycine can be switched on the nanoscale level, opening a pathway to novel classes of bioelectronic logic and memory devices.

Los materiales ferroeléctricos son materiales multifuncionales que cambian reversiblemente su polarización bajo la aplicación de un campo eléctrico. Recientemente la búsqueda de nuevos materiales ferroeléctricos se ha enfocado en los materiales orgánicos y bio-orgánicos, donde los cambios alternos son usados para grabar/recuperar información en la forma de dominios ferroeléctricos. Este desarrollo ha abierto un nuevo camino para el almacenamiento de datos, el reconocimiento molecular, y para rutas nuevas de autoensamblaje. La glicina cristalina es el aminoácido más sencillo y es ampliamente utilizado por los organismos vivos para la elaboración de proteínas. Aquí se reporta por vez primera que la glicina γ, que desde 1954 se sabe que presenta comportamiento piezoeléctrico, es también un material ferroeléctrico, como ha quedado en evidencia por medio de mediciones electromecánicas locales y por la existencia de dominios ferroeléctricos, susceptibles de ser crecidos y alternados, en microcristales crecidos a partir de solución. Los resultados experimentales se han analizado por medio de simulaciones moleculares que establecen que el vector de polarización en la glicina γ puede alternarse a nivel nanométrico, abriendo así un camino para nuevos tipos de dispositivos de memoria y de lógica bioelectrónica.

April 20, 2012

ELECTRICALLY DRIVEN SINGLE-PHOTON SOURCE AT ROOM TEMPERATURE IN DIAMOND

 
"Electrically driven single-photon source at room temperature in diamond". N. Mizuochi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, M. Nothaft, P. Neumann, A. Gali, F. Jelezo, J. Wrachtrup, S. Yamasaki. NATURE PHOTONICS. In press. DOI: 10.1038/nphoton.2012.75

Single-photon sources that provide non-classical light states on demand have a broad range of applications in quantum communication, quantum computing and metrology. Single-photon emission has been demonstrated using single atoms, ions, molecules, diamond colour centres and semiconductor quantum dots. Significant progress in highly efficient and entangled photons sources has recently been shown in semiconductor quantum dots; however, the requirement of cryogenic temperatures due to the necessity to confine carriers is a major obstacle. Here, we show the realization of a stable, room-temperature, electrically driven single-photon source based on a single neutral nitrogen-vacancy centre in a novel diamond diode structure. Remarkably, the generation of electroluminescence follows kinetics fundamentally different from that of photoluminescence with intra-bandgap excitation. This suggests electroluminescence is generated by electron–hole recombination at the defect. Our results prove that functional single defects can be integrated into electronic control structures, which is a crucial step towards elaborate quantum information devices.

Las fuentes de un sólo fotón, que proveen de manera controlada estados de luz no clásica, tienen un amplio espectro de aplicaciones en comunicación cuántica, computación cuántica y metrología. La emisión de un sólo fotón ha sido demostrada utilizando átomos aislados, iones, moléculas, centros de color en diamantes y puntos cuánticos semiconductores. Recientemente se ha mostrado un progreso significativo en fuentes altamente eficientes de fotones enlazados, hechas de puntos cuánticos semiconductores; sin embargo, el requisito de temperaturas bajas, debido a la necesidad de confinar a los portadores, es un obstáculo importante. Aquí se muestra la realización de una fuente de un sólo fotón que es controlada eléctricamente y que es estable a temperatura ambiente, la cual está basada en una vacancia neutra de nitrógeno en un nuevo tipo de estructura tipo diodo en diamante. Es de resaltar que la generación de electroluminiscencia sigue una cinética fundamentalmente distinta de aquella correspondiente a la fotoluminiscencia con excitación intrabanda. Esto sugiere que la electroluminiscencia está siendo generada en el defecto por la recombinación de electrones y huecos. Los resultados prueban que los defectos funcionales aislados pueden ser integrados en estructuras de control electrónico, lo cual es un paso crucial para la elaboración de dispositivos dedicados a la información cuántica.

XI BRAZILIAN MRS MEETING


PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF ZnO-TiO2 FILMS OBTAINED BY SOL-GEL METHOD


"Preparation and characterization of ZnO-TiO2 films obtained by sol-gel method". T. Ivanova, A. Harizanova, T. Koutzarova, B. Vertruyen. JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS 357, 2840 (2011). 
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2011.03.019

The sol-gel route has been applied to obtain ZnO–TiO2 thin films. For comparison, pure TiO2 and ZnO films are also prepared from the corresponding solutions. The films are deposited by a spin-coated method on silicon and glass substrates. Their structural and vibrational properties have been studied as a function of the annealing temperatures (400–750 °C). Pure ZnO films crystallize in a wurtzite modification at a relatively low temperature of 400 °C, whereas the mixed oxide films show predominantly amorphous structure at this temperature. XRD analysis shows that by increasing the annealing temperatures, the sol-gel Zn/Ti oxide films reveal a certain degree of crystallization and their structures are found to be mixtures of wurtzite ZnO, Zn2TiO4, anatase TiO2 and amorphous fraction. The XRD analysis presumes that Zn2TiO4 becomes a favored phase at the highest annealing temperature of 750 °C. The obtained thin films are uniform with no visual defects. The optical properties of ZnO–TiO2 films have been compared with those of single component films (ZnO and TiO2). The mixed oxide films present a high transparency with a slight decrease by increasing the annealing temperature.

Se utilizó el método sol-gel para obtener películas delgadas de  ZnO–TiO2. Con fines de comparación, se prepararon películas puras de TiO2 and ZnO a partir de las soluciones correspondientes. Las películas se depositaron sobre substratos de silicio y de vidrio, por el método de spin-coating. Sus propiedades vibracionales y estructurales se estudiaron como función de las temperaturas de recocido (400–750 °C). Las películas de puro ZnO cristalizan en una modificación de la fase wurtzita, a una temperatura relativamente baja de 400 °C, mientras que las películas con óxidos mixtos muestran predominantemente una estructura amorfa a esa misma temperatura. Los análisis de difracción de rayos X mostraron que conforme se incrementa la temperatura de recocido, las películas sol-gel de óxidos de Zn/Ti muestran un cierto grado de cristalización, y se observa que sus estructuras son mezclas de wurtzita ZnO, Zn2TiO4, anatasa TiO2 y de una fracción amorfa. Los análisis de difracción de rayos X muestran que la Zn2TiO4 resulta ser una fase favorecida a la temperatura de recocido más grande de 750 °C. Las películas delgadas que se obtienen son uniformes y sin defectos visibles. Las propiedades ópticas de las películas de ZnO–TiO2 se han comparado con aquellas propiedades de las películas con un sólo componente (ZnO y TiO2). Las películas de óxidos mixtos presentan una alta transparencia, la cual decrece ligeramente cuando la temperatura de recocido aumenta.

April 19, 2012

DNA ORIGAMI GATEKEEPERS FOR SOLID-STATE NANOPORES


 "DNA origami gatekeepers for solid-state nanopores". R. Wei, T. G. Martin, U. Rant, H. Dietz. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION. In press. DOI: 10.1002/anie.201200688

DNA origami gatekeeper nanoplates convert nanopores in solid-state membranes into versatile devices for label-free macromolecular sensing applications. The custom apertures in the nanoplates can be chemically addressed for sequence-specific detection of DNA.

Los filtros formados de nanoláminas producidas mediante origami de ADN convierten a los nanoporos de las membranas de estado sólido en dispositivos versátiles para aplicaciones de detección macromolecular libres de marcadores. Las aberturas usuales en las nanoláminas pueden ser destinadas químicamente a la detección de secuencias específicas del ADN.

A BRAIN TUMOR MOLECULAR IMAGING STRATEGY USING A NEW TRIPLE-MODALITY MRI-PHOTOACOUSTIC-RAMAN NANOPARTICLE


 "A brain tumor molecular imaging strategy using a new triple-modality MRI-photoacoustic-Raman nanoparticle". M. F. Kircher, A. de la Zerda, J. V. Jokerst, C. L. Zavaleta, P. J. Kempen, E. Mittra, K. Pitter, R. Huang, C. Campos, F. Habte, R. Sinclair, C. W. Brennan, I. K. Mellinghoff, E. C. Holland, S. S. Gambhir. NATURE MEDICINE. In press. DOI: 10.1038/nm.2721

The difficulty in delineating brain tumor margins is a major obstacle in the path toward better outcomes for patients with brain tumors. Current imaging methods are often limited by inadequate sensitivity, specificity and spatial resolution. Here we show that a unique triple-modality magnetic resonance imaging–photoacoustic imaging–Raman imaging nanoparticle (termed here MPR nanoparticle) can accurately help delineate the margins of brain tumors in living mice both preoperatively and intraoperatively. The MPRs were detected by all three modalities with at least a picomolar sensitivity both in vitro and in living mice. Intravenous injection of MPRs into glioblastoma-bearing mice led to MPR accumulation and retention by the tumors, with no MPR accumulation in the surrounding healthy tissue, allowing for a noninvasive tumor delineation using all three modalities through the intact skull. Raman imaging allowed for guidance of intraoperative tumor resection, and a histological correlation validated that Raman imaging was accurately delineating the brain tumor margins. This new triple-modality–nanoparticle approach has promise for enabling more accurate brain tumor imaging and resection.

La dificultad en determinar los márgenes de un tumor cerebral es un obstáculo importante para el desarrollo de mejores espectativas en pacientes con tumores cerebrales. Los métodos actuales de imagenología están constantemente limitados por una sensibilidad, especifidad y resolución espacial inadecuadas. Aquí se muestra que la excepcional nanopartícula para imagenología, con triple modalidad: imagenología por resonancia magnética, imagenología fotoacústica e imagenología Raman (aquí llamada nanopartícula MPR) puede ayudar a delinear con precisión los márgenes de los tumores cerebrales que se encuentran en ratas vivas, tanto antes de ser operadas como durante la operación. Las MPRs fueron detectadas por las tres modalidades con al menos una sensibilidad picomolar tanto in vitro como en ratas vivas. La inyección intravenosa de MPRs en ratas portadoras de gliobastoma lleva a la acumulación de MPR y la su retención en los tumores, sin que haya acumulación de MPR en el tejido sano circundante, permitiendo así una delineación no invasiva del tumor por medio de las tres modalidades, manteniendo intacto el cráneo. La imagenología Raman permite una guía de los cortes del tumo durante la operación, y una correlación histológica ha validado que la imagenología Raman delinea con precisión los márgenes del tumor cerebral. Esta nueva estrategia de nanopartícula de triple modalidad promete permitir una mayor precisión en la obtención de imágenes de tumores cerebrales así como en su remoción.

HIGH ELECTROCATALYTIC ACTIVITY OF VERTICALLY ALIGNED SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES TOWARDS SULFIDE REDOX SHUTTLES


"High electrocatalytic activity of vertically aligned single-walled carbon nanotubes towards sulfide redox shuttles". F. Hao, P. Dong, J. Zhang, Y. Zhang, P. E. Loya, R. H. Hauge, J. Li, J. Lou, H. Lin. SCIENTIFIC REPORTS 2, 368 (2012). DOI: 10.1038/srep00368

Vertically aligned single-walled carbon nanotubes (VASWCNTs) have been successfully transferred onto transparent conducting oxide glass and implemented as efficient low-cost, platinum-free counter electrode in sulfide –mediated dye-sensitized solar cells (DSCs), featuring notably improved electrocatalytic activity toward thiolate/disulfide redox shuttle over conventional Pt counter electrodes. Impressively, device with VASWCNTs counter electrode demonstrates a high fill factor of 0.68 and power conversion efficiency up to 5.25%, which is significantly higher than 0.56 and 3.49% for that with a conventional Pt electrode. Moreover, VASWCNTs counter electrode produces a charge transfer resistance of only 21.22 Ω towards aqueous polysulfide electrolyte commonly applied in quantum dots-sensitized solar cells (QDSCs), which is several orders of magnitude lower than that of a typical Pt electrode. Therefore, VASWCNTs counter electrodes are believed to be a versatile candidate for further improvement of the power conversion efficiency of other iodine-free redox couple based DSCs and polysulfide electrolyte based QDSCs.

Nanotubos de carbono de pared sencilla alineados verticalmente (VASWCNTs) se han transferido exitosamente sobre un vidrio de óxido conductor transparente y se han implementado como un contraelectrodo eficiente, de bajo costo y libre de platino, en celdas solares sensibilizadas con colorantes mediadas con sulfuros (DSCs), las cuales han mostrado un notable incremento de su actividad electrocatalítica hacia la óxido reducción de tiolatos/disulfuros por encima de los contraelectrodos convencionales de platino. Impresionantemente, los dispositivos con contraelectrodos de VASWCNTs muestran un alto factor de llenado de 0.68 y una eficiencia en la conversión de potencia por arriba del 5.25%, lo cual es significantemente mayor que el 0.56 y el 3.49% que se tienen con los electrodos convencionales de platino. Es más, los contraelectrodos de VASWCNTs producen una resistencia a la transferencia de carga  hacia electrolitos acuosos de polisulfuros, que son aplicados comúnmente a celdas solares sensibilizadas con puntos cuánticos (QDSCs), de tan sólo 21.22 Ω, la cuál es varios órdenes de magnitud menor que la de los electrodos típicos de platino. Así, se cree que los contraelectrodos de VASWCNTs son un candidato versátil para un mayor mejoramiento de la eficiencia en la conversión de potencia en otros DSCs hechos de parejas de óxido reducción libres de yodo, y QDSCs hechos de electrolitos de polisulfuros.

April 18, 2012

TUNING UPCONVERSION THROUGH ENERGY MIGRATION IN CORE-SHELL NANOPARTICLES


 "Tuning upconversion through energy migration in core–shell nanoparticles". F. Wang, R. Deng, J. Wang, Q. Wang, Y. Han, H. Zhu, X. Chen, X. Liu. NATURE MATERIALS 10, 968 (2011). DOI: 10.1038/nmat3149

Photon upconversion is promising for applications such as biological imaging, data storage or solar cells. Here, we have investigated upconversion processes in a broad range of gadolinium-based nanoparticles of varying composition. We show that by rational design of a core–shell structure with a set of lanthanide ions incorporated into separated layers at precisely defined concentrations, efficient upconversion emission can be realized through gadolinium sublattice-mediated energy migration for a wide range of lanthanide activators without long-lived intermediary energy states. Furthermore, the use of the core–shell structure allows the elimination of deleterious cross-relaxation. This effect enables fine-tuning of upconversion emission through trapping of the migrating energy by the activators. Indeed, the findings described here suggest a general approach to constructing a new class of luminescent materials with tunable upconversion emissions by controlled manipulation of energy transfer within a nanoscopic region.

El proceso de upconversion en fotones es prometedor para aplicaciones tales como imagenología biológica, almacenamiento de información o en celdas solares. Aquí se investigan los procesos de upconversion en un número grande de nanopartículas de diversas composiciones que contienen gadolinio. Se muestra que se puede obtener una emisión eficiente de upconversion, mediante un diseño razonado de una estructura núcleo-cáscara, a través de migración de energía mediada por una subred de gadolinio para un amplio número de activadores lantánidos sin estados de energía intermedios con tiempos de vida largos. Es más, el uso de la estructura núcleo-cáscara permite la eliminación de la indeseable relajación por entrecruzamientos. Este efecto permite el ajuste fino de la emisión por upconversion, a través del atrapamiento, por los activadores, de la energía migrante. De hecho, los resultados que se reportan aquí sugieren una estrategia general para la construcción de nuevos tipos de materiales luminiscentes con emisiones upconversion entonables, a partir de la manipulación controlada de la transferencia de energía en la región nanoscópica.

NANOTUBE SPONGE SOAKS UP OIL

 
Translation to spanish:

Daniel Hashim: Aquí, en mi mano, hay un material tridimensional tipo esponja hecho de nanotubos de carbono. Se trata de un material interesante, ya que es elástico, compresible, flexible, muy ligero, pero superhidrofóbico, lo que significa que "odia" al agua, pero oleofílico, lo que significa que "ama" al aceite. Puede ser usado en aplicaciones relacionadas con derrames petroleros.

Prof. Pulickel Ajayan: Se trata de un truco muy sencillo, esencialmente consiste en agregar Boro elemental en el proceso de crecimiento para obtener este material tipo esponja en forma de láminas, que está hecho completamente de nanotubos de carbono, con una estructura muy porosa.

Daniel Hashim: Lo primero que sabemos es que esta esponja es superhidrofóbica: "odia" al agua. Incluso si intentamos sumergirla en agua, la esponja intenta salir de ella y se mantiene seca aún cuando la forzamos a entrar en el agua, de hecho se mantiene muy seca.

Otra función o característica interesante de estos materiales es que son altamente ferromagnéticos, es decir, que se puede usar un imán para dirigirlos y controlar su ubicación. Esto es benéfico porque ayuda a recuperar los materiales hechos de nanotubos de carbono. Así que al controlar la ubicación con un imán también nos ayuda a controlar a los materiales y a recuperarlos una vez que el petróleo ha sido absorbido.

Ésto es aceite de motor usado, tomado de nuestra estación de gas local, y lo que haremos es vaciar un poco de este aceite en agua y tener a nuestro material tipo esponja hecho de nanotubos de carbono absorbiendo selectivamente el aceite, separándolo del agua.

Tomo uno de nuestros materiales tipo esponja hechos de nanotubos de carbono y lo coloco justo sobre el aceite, y pueden observar como inmediatamente comienza a absorberlo.

Remover al aceite del agua es tan sólo un primer paso, pero queremos ser capaces de reutilizar este aceite y reutilizar la energía que contiene, así que podemos quemar o exprimir el material para reusarlo en aplicaciones energéticas.

Después de que esta esponja se ha saturado con aceite, podemos quemarla para recuperar la energía. El aceite que se encuentra dentro está siendo quemado y la esponja hecha de nanotubos de carbono permanece intacta. Ésto es especial porque aún cuando ocurre el proceso de quemado el material tipo esponja hecho de nanotubos de carbono sigue siendo susceptible de ser reutilizado una vez más para la absorción de aceite.

Éste es el material depués de que el aceite se ha quemado, y lo podemos reutilizar colocándolo sobre otro derrame para que absorba el aceite.

REMOTELY-ACTIVATED PROTEIN-PRODUCING NANOPARTICLES


"Remotely-activated protein-producing nanoparticles". A. Schroeder, M. Goldberg, C. Kastrup, C. G. Levins, R. S. Langer, D. G. Anderson. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl2036047

The development of responsive nanomaterials—nanoscale systems that actively respond to stimuli—is one general goal of nanotechnology. Here we develop nanoparticles that can be controllably triggered to synthesize proteins. The nanoparticles consist of lipid vesicles filled with the cellular machinery responsible for transcription and translation, including amino acids, ribosomes, and DNA caged with a photo-labile protecting group. These particles served as nano-factories capable of producing proteins including green fluorescent protein (GFP) and enzymatically-active luciferase. In vitro and in vivo, protein synthesis was spatially and temporally controllable, and could be initiated by irradiating micron-scale regions on the timescale of milliseconds. The ability to control protein synthesis inside nanomaterials may enable new strategies to facilitate the study of orthogonal proteins in a confined environment and for remotely-activated drug delivery.

El desarrollo de nanomateriales sensibles - sistemas nanométricos que responden activamente a estímulos - es uno de los objetivos generales de la nanotecnología. Aquí se desarrollan nanopartículas en las que se puede desencadenar de manera controlada la síntesis de proteínas. Las nanopartículas están hechas de vesículas de lípidos llenas con la maquinaria celular responsable de la transcripción y el traslado, que incluye aminoácidos, ribosomas y ADN atrapados con un grupo protector fotodetectable. Estas partículas funcionan como nanofábricas capaces de producir proteínas, incluída la proteína verde fluorescente (GFP) y la luciferasa enzimáticamente activa. Se controló espacial y temporalmente, in vitro e in vivo, la síntesis de proteínas que fue iniciada por medio de la irradiación de regiones micrométricas en una escala temporal de milisegundos. La capacidad de controlar la síntesis de proteínas en nanomateriales puede permitir el diseño de nuevas estrategias que faciliten el estudio de proteínas ortogonales en un ambiente confinado y la liberación de fármacos mediante activación remota.

April 17, 2012

SUPERRADIANT LASER


"A steady-state superradiant laser with less than one intracavity photon". J. G. Bohnet, Z. Chen, J. M. Weiner, D. Meiser, M. J. Holland, J. K. Thompson. NATURE 484, 78 (2012). 
DOI: 10.1038/nature10920



Translation to spanish:

Mi nombre es James Thomson, físico del NIST aquí en JILA, en la Universidad de Colorado. Este es mi laboratorio de átomos fríos, donde actualmente enfriamos y atrapamos átomos mediante luz láser, y donde realizamos algunas cosas interesantes del mundo cuántico.

Nosotros desarrollamos algo conocido como láser super-radiante, que funciona en este régimen realmente extraño y que es muy interesante desde la perspectiva de la Física. Ésto funciona con tan sólo algunos fotones que guían el proceso de estimulación normalmente asociado a los láseres.

Pero adicionalmente, resulta muy interesante desde la perspectiva de la tecnología, porque mostramos que el color de la luz emitida por este láser es poco sensible al ambiente que le rodea y al movimiento de las cosas que se colocan alrededor del láser.

De hecho, resuelve uno de los problemas clave para la realización de los mejores láseres que se pueden hacer aquí en el NIST y en algunos otros lugares en el mundo.

En nuestro láser se atrapan alrededor de un millón de átomos de rubidio entre dos espejos, y allí se hacen levitar. Y entonces esos átomos, mientras se encuentran entre los espejos, espontáneamente cominezan a sincronizarse entre ellos. En cierta forma es como ocurre con los grillos, todos ellos pueden cantar de manera independiente, pero después de un poco de tiempo en el que se escuchan unos a otros, todos ellos empiezan a cantar al unísono.

Así que esos átomos también se sincronizan y empiezan a emitir luz todos juntos por igual, y la emiten "en fase", como nosotros le llamamos. Y es como cuando los grillos cantan juntos.

Entonces los átomos empiezan a emitir en fase unos con respecto a otros, lo que lleva a un enorme incremento de la cantidad de luz que se obtiene. A este incremento se le llama "estimulación".

Esencialmente, en un láser normal se generan muchísimos cuantos de luz, llamados "fotones", que se reflejan entre los espejos. Y éstos son las cosas que llevan la información, y que de hecho hacen que el láser se encuentre en un estado de alta precisión, como un reloj que hace "tic" regularmente.

De hecho, en un láser usual existen millones y millones y millones de estos cuantos de luz reflejándose. Pero nuestro láser es capaz de funcionar y de comportarse como un láser con menos de un fotón en la cavidad. De hecho podemos hacerlo funcionar con menos de una quinta parte de fotón, en promedio, dentro de la cavidad. Esto significa que en ocasiones, si se mira la cavidad entre los espejos, no habrá luz dentro de la cavidad. No habrá fotones.

Éste es un régimen realmente extraño para el funcionamiento de un láser. Ésto es sumamente novedoso. Y nosotros pensamos que el funcionamiento de este láser es, por sí sólo, muy interesante y muy ingenioso.

Y nosotros queremos colores muy precisos. ¿Por qué? ¿Por qué nosotros queremos colores precisos? Bien, porque se puede pensar a la luz como un péndulo. Es un objeto que oscila periódicamente. Y de hecho, nosotros la usamos para hacer relojes atómicos sumamente precisos, aquí en el NIST y en el JILA.

Además, podemos pensarla espacialmente, cuando se tiene luz que se deja propagar a lo largo del espacio, ésta se convierte en una especie de regla que permite medir distancias con mucha precisión.

Así que usando algunos de los conceptos que hemos demostrado en nuestro arreglo experimental, en un futuro se podrán realizar muchos más láseres de un sólo color, y con ellos realizar mediciones mucho más precisas, y tener mejores relojes atómicos para aplicaciones en los sistemas de posicionamiento global que usamos en los coches todos los días.

IOPTIK LENS: CONTACT LENSES WITH AUGMENTED REALITY BY INNOVEGA DEMONSTRATED AT CES 2012


Translation to spanish:

Hola, mi nombre es Randall Sprague, trabajo en Innovega Inc., donde estamos desarrollando pantallas de realidad aumentada basadas en lentes de contacto que se colocan en los ojos y que otorgan la capacidad de ver una imagen proyectada justo enfrente de los ojos.

El ojo humano normalmente puede ver las cosas que están alejadas de él, pero con estos lentes de contacto las puede ver a una distancia muy cercana él. Este sistema otorga la capacidad de observar imágenes proyectadas en los lentes de unos anteojos, y los ojos son capaces de enfocarlas con la ayuda de estos lentes de contacto.

De esta forma se vuelve realmente fácil hacer una pantalla de realidad aumentada, que requiere un amplio campo de visión con un factor de forma compacto.

Innovega Inc. está trabajando en dispositivos que proyectan imágenes sobre los lentes de los anteojos. Sobre la superficie de los lentes se tienen imágenes reales, y usando estos lentes de contacto es posible observar esas imágenes y producir una proyección de alta resolución con un amplio campo de visión.

Innovega Inc. propone el desarrollo de estos lentes de contacto, tomar esa tecnología y registrarla para que los fabricantes de lentes de contacto usuales, quienes ya cuentan con las capacidades y las habilidades requeridas, puedan usarla, ya que la naturaleza de estos lentes de contacto es igual a la de cualquier otro tipo de lentes de contacto. Con el registro Innova Inc. espera tener ingresos.

Innova Inc. también está registrando y contactanto a fabricantes que puedan realizar tanto el dispositivo de proyección, como los lentes de los anteojos. Creemos que hay un buen número de fabricantes que pueden realizar tanto los lentes de contacto como las componentes de visualización.

Las aplicaciones son muy diversas, pero pueden dividirse en aquellas que utilizan imágenes para la proyección de películas 3D, presentando una imagen para el ojo izquierdo y otra imagen para el ojo derecho, este sistema es muy bueno para tener películas 3D con un muy amplio campo de visión, que es casi como tener tu propia realidad. Otras aplicaciones similares pueden extrapolarse fácilmente, por ejemplo se pueden jugar videojuegos en los que, en lugar de observar el videojuego en una pantalla, el videojuego en realidad está alrededor de uno, porque los personajes y la acción están distribuidos en 360 grados.

Las otras aplicaciones más interesantes, son aplicaciones que ya existen y que tienen que ver con realidad aumentada móvil, por ejemplo superponer imágenes virtuales al mundo real a partir de información proveniente del mundo real, usando un teléfono móvil. Por ejemplo, consultar y superponer información relativa acerca de dónde se encuentra la oficina postal más cercana o dónde se encuentra el banco más cercano o cuál es el precio del pan en alguna tienda o cualquier otra información que queramos superponer a las imágenes reales.

Éstas son las increíbles aplicaciones que habrá en un futuro. Ésta es una manera de superponer al mundo real información aumentada con un factor de forma similar al de los anteojos de sol usuales.

Muchas gracias y busquen ésto en un futuro.

NONLINEAR OPTICS AT THE NANOSCALE


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Talk about Nonlinear optics at the nanoscale, given by Prof. Eric Mazur from Harvard University (USA) during the OPTOEL 2011 event held in Santander, Spain.

Charla acerca de Óptica no lineal en la nanoescala, dada por el Prof. Eric Mazur de la Universidad de Harvard (EUA) durante el evento OPTOEL 2011 celebrado en Santander, España.