El grafeno se une a la carrera para redefinir el amperio

MADRID 13 May. (EUROPA PRESS) -

Una innovación conjunta lograda por el National Physics Laboratory (NPL) y la Universidad de Cambridge podría allanar el camino para la redefinición de los amperios en términos de las constantes fundamentales de la física. La primera bomba del mundo de grafeno de un solo electrón (SEP), que se describe en un estudio publicado en Nature Nanotechnology, proporciona la velocidad de flujo de electrones necesaria para crear un nuevo estándar para la corriente eléctrica sobre la base de carga del electrón.

El sistema internacional de unidades (SI) está compuesto por siete unidades de base (el metro, kilogramo, segundo, Kelvin, amperio, mole y candela). Lo ideal sería que estos deben ser estables en el tiempo y universalmente reproducibles. Esto requiere de definiciones basadas en las constantes fundamentales de la naturaleza que son las mismas dondequiera que sean medidas.

La presente definición de la Amperios, sin embargo, es vulnerable a la deriva y la inestabilidad. Esto no es suficiente para satisfacer las necesidades de precisión de medición eléctrica presente y sin duda futura. La autoridad de medida global más alta, la Conferencia General de Pesas y Medidas, se ha propuesto que el amperaje pueda volver a definirse en función de la carga del electrón.

El favorito en esta carrera para redefinir el amperio es la bomba de un solo electrón (SEP). SEP crea un flujo de electrones individuales lanzándolos sobre un punto cuántico para emitirlos de uno en uno y a una velocidad bien definida. El artículo anuncia la producción del primer SEP de grafeno, caracterizado con éxito y confirma que sus propiedades son extremadamente adecuados para esta aplicación.

Buenas bombas SEP precisan de electrón por electrón para asegurar la precisión y bombearlos con rapidez para generar una corriente suficientemente grande. Hasta ahora, el desarrollo de una bomba de electrones práctica ha sido una carrera entre dos caballos. Las bombas de barrera sintonizables utilizan semiconductores tradicionales y tienen la ventaja de la velocidad, mientras que el torniquete híbrido utiliza la superconductividad y tiene la ventaja de que muchos se pueden poner en paralelo. Las bombas metálicas tradicionales, que se pensaba no valían la pena, tienen ahora una nueva oportunidad gracias a la fabricación del supermaterial emergente que es el grafeno.

EL ALUMINIO NO ERA SUFICIENTE

Las SEP metálicas anteriores de aluminio son muy precisas, pero los electrones se bombeaban demasiado lento como para hacer una práctica estándar actual. La estructura bidimensional semimetálica del grafeno es única por tener las propiedades adecuadas para que los electrones pasen dentro y fuera del punto cuántico muy rápidamente, creando un suficiente flujo de electrones rápidos para crear un estándar actual. El talón de Aquiles de las bombas metálicas, la velocidad de bombeo lenta, se ha superado mediante la explotación de las propiedades únicas de grafeno.

Los científicos del NPL y Cambridge todavía necesitan optimizar el material y hacer mediciones más precisas, pero el nuevo hallazgo marca un paso importante en el camino hacia el uso de grafeno para redefinir el amperio.

La realización de los amperios actualmente se deriva indirectamente a partir de la resistencia o de la tensión, que puede realizarse por separado utilizando el efecto Hall cuántico y el efecto Josephson. Una definición fundamental del amperio permitiría una comprensión directa que los Institutos Nacionales de medición en todo el mundo podrían adoptar. Esto podría acortar la cadena para la calibración de equipos de medición de corriente, ahorrando tiempo y dinero para las industrias de la facturación de la electricidad y el uso de las radiaciones ionizantes para el tratamiento del cáncer.

Corriente, tensión y resistencia están directamente correlacionados. Como medimos la resistencia y la tensión sobre la base de constantes fundamentales - carga del electrón y la constante de Planck - ser capaces de medir la corriente también nos permitirá confirmar la universalidad de estas constantes de las que dependen muchas mediciones precisas.