jueves, 30 de abril de 2020

Predicción de la eficacia del grafeno para detectar metales pesados cancerígenos en el agua


La detección de metales pesados en el agua es de vital importancia para la salud pública. En este trabajo se evalúa si el grafeno puede ser sensor de metales pesados cancerígenos como: arsénico (As), cadmio (Cd), cromo (Cr), mercurio (Hg), y plomo (Pb). 
Investigadores de Ia India evaluaron teóricamente la capacidad del grafeno para detectar la presencia de metales pesados, determinando la energía de adsorción de los metales. Empleando la teoría del funcional de la densidad electrónica (DFT por sus siglas en inglés), analizaron la transferencia de carga, calcularon los cambios en la estructura de bandas, la densidad de estados y las características de la curva corriente-voltaje. Se incluyeron estudios de la dispersión de fonones con el fin de entender la estabilización de la monocapa de grafeno.
Concluyeron que la formación de aglomerados de átomos pesados (clusters) en la superficie del grafeno propicia su detección y que la superficie prístina de grafeno detecta al Cr con mayor eficacia, en comparación con otros metales pesados, tanto en vacío como en ambiente acuoso. 
Este trabajo ejemplifica cómo la física teórica puede apuntalar futuras investigaciones experimentales y desarrollos tecnológicos para resolver problemas tan relevantes para la salud como el de la contaminación del agua con metales pesados.

Los resultados serán publicados en Applied Surface Science

jueves, 23 de abril de 2020

Nanoláminas exfoliadas de silicato fluorescente en infrarrojo cercano para (bio)fotónica


Obtener imágenes por fluorescencia es importante para estudios de muestras complejas como las biológicas. Las imágenes por fluorescencia obtenidas con luz del espectro infrarrojo cercano (de 800 a 1700 nm) ofrecen alta penetración y contraste, y baja fototoxicidad. Sin embargo, existen pocos etiquetadores luminosos apropiados para aplicaciones biomédicas. De estos, el azul egipcio (AE) (tetrasilicato de cobre y calcio, CaCuSi4O10) es un pigmento conocido desde el tercer milenio a.C., que fluoresce a la longitud de onda de 910 nm. 

En este trabajo, los autores desarrollaron un método para estratificar el pigmento y conformar nanoláminas de longitud menor a 300 nm y espesor mínimo de 1 nm. Para probar su efectividad como etiquetadores, colocaron nanoláminas de AE en el embrión de una mosca Drosophila melanogaster y, usando su fluorescencia, siguieron el movimiento de las nanopartículas durante el desarrollo del insecto. En otro experimento, colocaron nanoláminas de AE en las hojas de plantas vivas y encontraron que brillaban mucho más que las sustancias fluorescentes constituyentes de las hojas. 

Las nanoláminas de AE son etiquetas luminosas muy útiles para el estudio in vivo de la división celular, el desarrollo de embriones o tumores.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications

jueves, 16 de abril de 2020

Aumento del tiempo de retención de la polarización mediante ingeniería de anclaje de paredes de dominio en películas ferroeléctricas


Los materiales ferroeléctricos se subdividen en regiones llamadas dominios que poseen una polarización espontánea (intrínseca), la cual puede ser conmutada en sentidos opuestos con la aplicación de un campo eléctrico. Ambos estados de la polarización, equivalentes a los estados 1 y 0 del sistema binario, aparecen en dominios separados por regiones   conocidas como paredes de dominio.  Por esta propiedad las películas ferroeléctricas se han aplicado al desarrollo de sistemas de memorias de acceso aleatorio ferroeléctricas (FeRAM) que almacenan información utilizando los estados de polarización de dominios nanométricos. Sin embargo, en las actuales FeRAM nanoestructuradas, la retención de la polarización tan solo perdura desde unos días hasta unas pocas semanas debido a procesos de relajación que llevan al desplazamiento de las paredes de dominio.

Un grupo de investigadores de Australia desarrolló una metodología para crecer películas ferroeléctricas con una distribución controlada de defectos que posibilita el anclaje de las paredes de dominio. Mediante el crecimiento de películas epitaxiales de BiFeO3 de 60nm y una distribución uniforme de defectos, con valores promedio de 5 nm de ancho y 2nm de alto, demostraron que la polarización de los nanodominios se retiene prácticamente sin degradación durante periodos superiores a 1 año; esto es, mejoraron en más del 2000 % los tiempos de retención reportados. 

Sus resultados demuestran que los defectos pueden ser utilizados de manera positiva para lograr dispositivos de alta confiabilidad y proveen un camino prometedor para la producción de memorias FeRAM de alta densidad.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications

jueves, 2 de abril de 2020

Predicción y observación de un aislante topológico antiferromagnético


Los aislantes topológicos magnéticos son materiales semiconductores de banda prohibida estrecha que combinan una topología de banda no trivial y un ordenamiento magnético. Hasta ahora, los aislantes topológicos magnéticos son extrínsecos, esto es, se sintetizan al dopar aislantes topológicos no magnéticos con elementos de metales de transición 3d. Sin embargo, este método conduce a propiedades magnéticas y electrónicas altamente heterogéneas y no estables.

Una solución ideal sería la síntesis de un aislante topológico magnético intrínseco, es decir, un compuesto estequiométrico con ordenamiento magnético estable. 

Un grupo internacional de científicos predijo el aislante topológico antiferromagnético intrínseco MnBi2Te4mediante cálculos ab initio y sintetizó cristales cuya estructura muestra capas ferromagnéticas de Mn dispuestas antiferromagnéticamente y separadas por capas aislantes topológicas de Bi y Te. Demostraron experimentalmente que en la superficie (0001) del MnBi2Te4, donde se rompe la simetría, aparece una banda prohibida grande en el estado de superficie topológico. Se espera que esta propiedad contribuya a esclarecer fenómenos como el acoplamiento magnetoeléctrico cuántico y la electrodinámica de las partículas elementales conocidas como axiones.

Los resultados se publicaron en Nature