La meteórica carrera de Tomás Palacios y el transistor de grafeno ultrarrápido

dibujo20090504_tomas_palacios_mitEn España la fuga de cerebros sigue siendo una realidad. Aunque nos pese. El mejor ejemplo reciente es Tomás Palacios (el CiberPaís le ha dedicado una entrevista a toda  página). En España hubiera sido imposible, absolutamente imposible, que un joven (casi un niño) ingeniero de telecomunicaciones (acabó la carrera en 2001) haya obtenido la tesis doctoral y sea investigador principal de un grupo con 5 estudiantes de doctorado, 1 postdoc y hasta secretaria (según la web, en El País pone que son 12), atesorando más de 70 artículos en revistas internacionales y congresos internacionales. 

Posiblemente Tomás lo supiera y por eso se fue a la Universidad de California – Santa Barbara (UCSB) a estudiar Ingeniería Eléctrica, cuyo M.S. acabó en 2004. Siendo ingeniero estudiar de nuevo una ingeniería parece una tontería. Pero claro, siendo ya ingeniero la nueva ingeniería se estudia de manera diferente. Por ello en 2006 ya era Doctor en Ingeniería Eléctrica pora la UCSB. Y en EEUU está mal vista la endogamia, al contrario que en España. Así que Tomás se fue a, posiblemente, la mejor universidad tecnológica del mundo, el M.I.T. (Instituto Tecnológico de Massachusetts) como Assistant Professor (lo que en España sería similar a un Profesor Contratado Doctor). ¡Increíble! Se lo merece. ¡Bravo por Tomás!

Ya apuntaba buenas maneras siendo estudiante. En 1997 empezó a colaborar con el Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología de la Universidad Politécnica de Madrid, donde seguramente le recomendarían que se fuera fuera de España. Y se fue, antes de acabar teleco, estuvo en 2000, en el Grupo de Microelectrónica del mismísimo CERN, en Génova. Así que cuando emigró a EEUU para estudiar un M.S. en UCSB se incorporó a un grupo de investigación, en concreto el del Prof. Mishra, nada más empezar, no está nada mal. Una carrera meteórica, sin lugar a dudas.

Tomás ha ganado muchos premios, pero destacaré sólo uno el Premio Salvà i Campillo, Nit de las Telecomunicacions, de 2003 con su trabajo “Desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos y optoelectrónicos basados en nitruros” (premiado en la categoría de ingeniero novel).

Volviendo al grano, en el CiberPaís, Laia Reventós (30/04/2009) nos titula «Llega el ‘chip’ de grafeno,» y nos aclara

«El español Tomás Palacios, profesor del MIT, consigue fabricar transistores de grafeno 10 veces más rápidos que los de silicio. Los ‘chips’ del revolucionario material, de un átomo de espesor, podrían alcanzar velocidades de mil GHz.»

dibujo20090504_nanotube_graphene_google_trends_analyticsYa hemos hablado en este blog del grafeno, descubierto en 2004. Hace menos de 1 año se ha convertido en sustituto aclamado por todos para el silicio, ya que los nanotubos de carbono no lo han logrado (no es fácil «pegar» nanotubos y silicio o arseniuro de galio, pero es muy fácil hacerlo con grafeno). Una sola capa atómica de carbono con propiedades entre semiconductor y metal que permite desarrollar dispositivos microelectrónicos como transistores. Hace un lustro, pura ciencia ficción.

El logro estrella de nuestro compatriota Tomás Palacios ha sido la fabricación de transistores de efecto de campo de grafeno (el transistor G-FET o  Graphene Field-Effect Transistor, donde se utiliza grafeno como drenador). Para los que no sepan los que un transistor FET la wiki es una ayuda. ¿Qué ventaja tiene el grafeno? Como el grafeno es una capa monoatómica, los electrones tienen un altísima movilidad, lo que permite obtener un transistor ultrarrápido. Con el silicio se logran unos 100 GHz de velocidad, valor que se mejora con arseniuro de galio y otras tierras raras, pero «pegando» mal con el silicio. Usando transistores de grafeno se alcanzá un terahercio (1 THz) «pegando» estupendamente con silicio. El artículo técnico es H. Wang, D. Nezich, J. Kong, T. Palacios, «Graphene Frequency Multipliers,» IEEE Electron Device Letters 30: 547-549, May 2009 . Para los que sois ingenieros de telecomunicaciones o electrónicos, el artículo merece que os molestéis en leerlo: la idea es extremadamente simple. La genialidad de Tomás queda demostrada… un artículo que cualquiera puede entender… un trabajo que cualquiera puede imitar… pero él ha sido el primero.

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¿Qué aplicaciones tendrá el trabajo de Tomás? Muchas, por ejemplo, multiplicadores de frecuencia para comunicaciones inalámbricas. ¿Qué aplicaciones tendrá la microelectrónica con grafeno? Infinitas. Bueno, nadie lo sabe realmente, pero muchas veces claman a que la microelectrónica con silicio y grafeno será la que permitirá la transición hasta la futura nanoelectrónica (posiblemente sólo con carbono, sea grafeno, grafano, nanotubos de carbono u otra maravilla «carbónica» por descubrir).

En palabras del propio Tomás «El grafeno es un material increíble. No sólo revoluciona la electrónica, la informática y las comunicaciones, sino que está cambiando la manera en la que se estudia la física».

¿Será Tomás Palacios el primer Nobel de Física para un español? Es pronto para saberlo, pero con su juventud y buenas ideas se convertirá en uno de los grandes «cerebros» españoles fugados. A mí el caso de Tomás Palacios me recuerda mucho al de Wolfgang Ketterle (también en MIT), valgan las distancias, claro está. ¿Quién es Ketterle? ¿De verdad me lo preguntas? Busca en la wiki. Bueno, no seré malo, sólo es un alemán que emigró a EEUU con su mujer y dos niños (siendo ya con 30 años catedrático en Alemania), cambió radicalmente de tema de investigación y ahora es Premio Nobel de Física. Pecata minuta. 

Otras entradas en este blog relacionadas con ésta:

Nanotransistores con canal de nanotubos para los ordenadores del futuro(Publicado por emulenews en Mayo 29, 2008).

El grafeno, la panacea de la nanoelectrónica (Publicado por emulenews en Marzo 27, 2009).

Desenrollando nanotubos de carbono multicapa en nanoláminas de grafeno (o cuando una imagen vale más que mil palabras) (Publicado por emulenews en Abril 16, 2009).

La anomalía de la sonda Pioneer y la incertidumbre en la órbita de Plutón

dibujo20090504_pluto_charon_ground_hst_orbit_ellipticityYa hemos hablado en varias ocasiones en este blog de la anomalía de la sondas Pioneer (no se mueven a la velocidad que «deberían,» no están donde deberían estar). La explicación puede ser sencilla, el calor de los motores influye, o muy exótica, la gravedad en los límites del Sistema Solar es diferente a la Tierra. ¿Afecta la anomalía de las Pioneer a la órbita de los planetas exteriores? ¿Podemos confirmarla con la órbita de Plutón? La respuesta es que no, incluso si afecta. Nuestra incertidumbre en la órbita de Plutón es mucho mayor de la necesaria para verificar o refutar la anomalía. De hecho la órbita de Plutón actual es compatible con dicha anomalía (tanto si ésta se da como si no). El análisis técnico lo podéis leer en Gary L. Page, John F. Wallin, David S. Dixon, «How Well Do We Know The Orbits Of The Outer Planets?,» ArXiv, Submitted on 1 May 2009 .

Las medidas astrométricas de los planetas exteriores del Sistema Solar no son lo suficientemente precisas como para detectar perturbaciones similares a la anomalía de las sondas Pioneer (pequeñas desviaciones «aparentes» de la Ley de Gravitación Universal). ¿Por qué podemos medir con más precisión la posición de una pequeña sonda y no la de un planeta tan «grande» como Plutón? La razón es sencilla: la sonda emitía señales periódicas hacia nosotros (no emite desde 2003), del planeta sólo recibimos lo que vemos mediante telescopios (incluso los mejores telescopios son malos cuando un objeto se encuentra tan lejos del Sol como Plutón).

No sé para tí, pero para mí es curioso lo poco que conocemos del Sistema Solar, lo lejos que están las cosas que conocemos. Como decía Rubén «La vida te da sorpresas, sorpresas te da la vida, ay Dios… Como decía mi abuelita, el que último ríe, se ríe mejor…» (al leerlo hay que entonar, ¡¡eh!!).

Entradas relacionadas con la anomalía de la sonda Pioneer en este blog:

El sistema solar como un gran laboratorio para la gravedad (o ideas sobre la anomalía de las sondas Pioneer) Publicado por emulenews en Enero 28, 2008 .

Descubrimientos recientes sobre la anomalía de las sondas Pioneer (Earth flyby anomaly en 5 sondas espaciales) Publicado por emulenews en Marzo 5, 2008 .

¿Es el sistema solar esférico? (o Voyager y Pioneer en los límites del Sistema Solar) Publicado por emulenews en Marzo 7, 2008 .

Por qué el satélite Fermi no ha detectado materia oscura en nuestra galaxia

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La figura de arriba muestra los resultados del Fermi LAT (Large Area Telescope) en azul, también llamado GLAST (Gamma-Ray Large Area Space Telescope), de EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) en rojo, y de los modelos teóricos en línea continua.

El año pasado fue el año de la materia oscura. Globos sonda para medir el flujo de rayos cósmicos (como ATIC) y satélites espaciales (como PAMELA) detectaron un exceso de ciertas partículas de alta energía. La evidencia pilló por sorpresa a muchos (era difícil de explicar). Los resultados provisionales (enero 2009) de Fermi, el telescopio orbital de rayos gamma de la NASA, también llamado LAT (Large Area Telescope), deberían confirmar dicho resultado. Pero no es así (ver figura). Los datos desde agosto/2008 hasta enero/2009 (más de 4 millones de electrones y positones estudiados) no observan ningún tipo de exceso en el rango de energías observado por ATIC (que sólo observó algunos miles) y corroboran los de PAMELA sólo de forma indirecta. ¿Cómo es posible? Todavía es pronto para saberlo, los resultados del Fermi son aún provisionales, pero los físicos de ATIC ya «tienen la mosca en la oreja.» El artículo técnico donde se ha publicado el análisis de la evidencia de materia oscura a partir de los datos (provisionales) del telescopio orbital de rayos gamma Fermi es Marco Regis, Piero Ullio, «Testing the Dark Matter Interpretation of the PAMELA Excess through Measurements of the Galactic Diffuse Emission,» ArXiv, Submitted on 29 Apr 2009 .

¿Cómo interpretar estos resultados? Por ahora es difícil. Para algunos es un duro golpe a las observaciones de ATIC y PAMELA (¡cómo no! Adrian Cho, «Lights Out for Dark Matter Claim?,» ScienceNOW Daily News, 2 May 2009 ). Para otros, aunque hay dudas sobre los datos de ATIC, parece que está claro que se «confirman» los datos de PAMELA (por ejemplo, el políticamente correcto Ron Cowen, «Another clue in the case for dark matter. The Fermi Gamma-ray Telescope hasn’t ruled out earlier findings,» May 2nd, 2009 ). Por cierto, este último artículo ha sido traducido por Kanijo [si te gusta menéalo]. Los investigadores de ATIC creen que la conclusión obtenida con datos provisionales de Fermi es más provisional aún. Proclaman a cuatro voces que la resolución energética de Fermi es todavía pobre para llegar a dicha conclusión (así lo afirma John Wefel, IP del equipo del ATIC y astrofísico en la Louisiana State University, en Baton Rouge, EEUU).

Hay una explicación muy sencilla de los datos observados: los rayos cósmicos en el rango energético considerado por estas observaciones sufren algún tipo de evolución dinámica estacional (cambian con el tiempo). Dependiendo de la época del año el cociente entre positones y electrones a ciertas energías, el número de protones a otras, el número de electrones a otras, cambian. Por ello experimentos diferentes que miden estos rayos cósmicos en épocas diferentes del año y/o promedian dichos datos en meses sucesivos diferentes obtienen resultados «contradictorios.» Si es así, los datos de Fermi tras el primer año (que tendremos publicados en septiembre de 2009) lo permitirán confirmar o refutar. Quizás la posible evidencia de materia oscura se esfume en el oscuro firmamento. Quizás es nuestra ignorancia de los fenómenos violentos en nuestra galaxia la que nos hace ver materia oscura donde en realidad no la hay. ¿Qué puede producir dicha variación estacional? Que yo sepa [no soy experto] todavía no se tiene ni idea. 

En resumen, la materia oscura sigue tan «oscura» como siempre (ya lo decíamos en este blog). Habrá que esperar a la publicación oficial de los datos de Fermi y a su análisis detallado por parte de los especialistas. Isaac Newton estaba peleado con muchos otros pero tenía claro que sólo los experimentos son los que tienen la razón, aunque han de ser interpretados correctamente.

Más sobre materia oscura en este blog.

PAMELA encuentra pruebas de la existencia de materia oscura supersimétrica en la Vía Láctea (o WIMPS para todos) (Agosto 14, 2008)

Estimación de la materia oscura en el interior del sistema Tierra-Luna (Octubre 12, 2008)

El secreto de la materia oscura, ¿será desvelado antes de que empiece a funcionar el LHC? (Noviembre 22, 2008)

Más sobre la materia oscura y los electrones en los rayos cósmicos (Noviembre 25, 2008)

Sorpresas en el universo oscuro: Cada día explicar la materia oscura es más complicado (Marzo 30, 2009)

Memorias flash rápidas basadas en un memristor nanotecnológico

17 memristores formados al cruzar nanohilos de 50 nanómetros de grosor (C) Jianhua Yang, HP Labs.

17 memristores formados al cruzar nanohilos de 50 nanómetros de grosor (C) Jianhua Yang, HP Labs.

dibujo20090503_circuit_symbols1El genial Leon O. Chua intuyó en 1971 que faltaba un elemento pasivo para circuitos eléctricos más allá de la resistencia, el condensador y la inductancia. Le llamó memristor («memory resistor»). Propuso su circuito equivalente con elementos activos pero hasta 2008 no se logró fabricar como elemento pasivo mediante nanotecnología (uno de los 10 avances tecnológicos más importantes del año). El artículo técnico fue Dmitri B. Strukov, Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart, R. Stanley Williams (HP Labs), «The missing memristor found,» Nature 453: 80-83, 1 May 2008 . El memristor presenta una histéresis en su curva V/I (tensión corriente) que ha sido observada en el nanodispositivo fabricado en los HP Labs, aunque todavía nadie entiende la nanofísica que explica dicho fenómeno.

Leon O. Chua y sus colaboradores introdujeron (teóricamente) hace sólo unos meses unos nuevos dispositivos con memoria, el memcondensador y la meminductancia, dispositivos pasivos cuyo comportamiento es histérico y depende se su historia pasada. ¿Se encontrarán realizaciones nanotecnológicas de estos nuevos dispositivos algún día? Nadie lo sabe aún. El artículo/preprint es Massimiliano Di Ventra, Yuriy V. Pershin, Leon O. Chua, «Circuit elements with memory: memristors, memcapacitors and meminductors,» ArXiv, Submitted on 23 Jan. 2009 .

¿Para qué sirven los memristores? Aunque pueda parecer «cacofónico» para desarrollar nuevas memorias de estado de sólido: memorias RAM resistivas (RRAM o resistive random-access memory) que si bien no son tan rápidas como las memorias RAM más rápidas si son más rápidas que las memorias Flash de nuestros lápices de memoria (que pronto sustituirán a todos los discos duros magnéticos). Este enorme mercado llevará a los memristores a la calle en poco tiempo. Nos lo contó R. Colin Johnson, «Memristors ready for prime time,» EE Times, 8 July 2008 . Estas estructuras se pueden implementar fácilmente en 3 dimensiones (por ahora sólo varios capas superpuestas) lo que incrementa mucho la densidad de integración y la capacidad de las RRAM. También nos lo contó R. Colin Johnson, «3-D memristor chip debuts,» EE Times, 26 Nov. 2008 , haciéndose eco de una conferencia sobre memresistencia y memresistores organizada por los HP Labs, en la que además, Massimiliano Di Ventra, de la Universidad de California en San Diego, describió cómo la memresistividad podía explicar ciertas pautas de aprendizaje biológico en amebas. Di Ventra presentó evidencia microscópica de elementos biomemresistivos en organismos unicelulares y multicelulares. El artículo técnico es Yuriy V. Pershin, Steven La Fontaine, Massimiliano Di Ventra, «Memristive model of amoeba’s learningArXiv, Submitted on 22 Oct 2008 .

Microfotografías de 2 memorias de nanomemristores conectadas entre sí (C) National Academy of Sciences, EEUU.

Microfotografías de 2 PLA de nanomemristores y transistores convencionales conectadas entre sí (C) PNAS.

Una PLA (Programmable Logic Array) es un dispositivo programable que permite implementar circuitos lógicos combinacionales (los que utilizan los circuitos integrados de los «cerebros» (CPU) de nuestros ordenadores). Usando (nano)memristores como elmentos pasivos y transistores como elementos activos que amplifiquen la información guardada por los primeros se pueden fabricar PLA que permiten implementar circuitos combinacionales complicados con muy pocos componentes, minimizando el área del chip utilizada y la potencia eléctrica consumida. Estas PLA pueden configurarse, por ejemplo, como celdas de memoria para las futura RRAM. Como muestra la figura de arriba se utiliza una red cruzada de 441 memristores formados al cruzar 21 nanohilos de 40 nm. de ancho cruzados con otros tantos, con dióxido de titanio semiconductor en cada unión (un punto de 20 nm. de ancho). Por ahora las operaciones lógicas que se pueden implementar son sencillas (el artículo muestra el «programa» para la operación lógica A*B+C*D). El logro ha sido obtenido, como no, en los HP Labs (Hewlett-Packard Laboratories) en Palo Alto, California, como nos cuenta  Lisa Zyga, «Self-Programming Hybrid Memristor/Transistor Circuit Could Continue Moore’s Law,» PhysOrg.com, February 26th, 2009 , haciéndose eco del artículo técnico Julien Borghetti, Zhiyong Li, Joseph Straznicky, Xuema Li, Douglas A. A. Ohlberg, Wei Wu, Duncan R. Stewart, R. Stanley Williams, «A hybrid nanomemristor/transistor logic circuit capable of self-programming,» PNAS 106: 1699-1703, February 10, 2009 .

Los memristores están de moda. Se están convirtiendo en un campo candente («hot topic») y muchos se han apuntado al carro. No desean desaprovechar su potencial para transformar la industria de semiconductores ya que permiten el desarrollo de circuitos integrados más pequeños, rápidos y baratos para la fabricación de ordenadores. En la Universidad de Michigan han desarrollado un memoria RRAM de 1 Kb compuesta de nanomemristores compatible con la tecnología CMOS actual, con una densidad de integración 10 veces mayor que la tecnología actual basada en silicio y una velocidad de proceso mucho más rápida. Nos lo contaban en «UM Engineer’s Memristor Chip Could Lead To Faster, Cheaper Computers,» WWJ News Radio 950, Tuesday, 17 March 2009 , haciéndose eco del artículo técnico del Dr. Wei Lu y dos de sus doctorandos Sung Hyun Jo, Kuk-Hwan Kim, «High-Density Crossbar Arrays Based on a Si Memristive System,» Nano Letters 9: 870–874, 2009 .

Estos avances en memorias RRAM todavía necesitarán varios años para llegar al mercado, pero la carrera ya ha comenzado. ¿Para cuándo el memristor en todos los cursos sobre circuitos electrónicos?