El físico cuántico Mickael Perrin utiliza
Recordó: "En aquella época, los físicos apenas empezaban a hablar de la tecnología cuántica y del potencial de los ordenadores cuánticos. Hoy en día, hay decenas de nuevas empresas en este campo, y los gobiernos y las empresas están invirtiendo miles de millones de dólares para seguir desarrollando esta tecnología. Ahora estamos viendo las primeras aplicaciones en informática, criptografía, comunicaciones y sensores".
La investigación de Perrin abre otra área de aplicación: utilizar efectos cuánticos para generar electricidad con una pérdida de energía casi nula. Para lograrlo, el científico de 36 años combinó dos disciplinas de la física que normalmente están separadas: la termodinámica y la mecánica cuántica.
El año pasado, la calidad de la investigación de Perrin y su potencial para futuras aplicaciones le valieron dos distinciones: no solo recibió uno de los fondos iniciales del Consejo Europeo de Investigación, una opción codiciada para los investigadores jóvenes, sino que también recibió una beca de profesor Eccellenza de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNS) F. Ahora dirige un grupo de investigación de nueve personas en Empa y también es profesor asistente de electrónica cuántica en ETH Zurich.
Después de terminar la escuela secundaria en Ámsterdam, comenzó a estudiar física aplicada en la Universidad Tecnológica de Delft en 2005. Desde el principio, Perrin estuvo más interesado en las aplicaciones prácticas que en la teoría.
Fue mientras estudiaba con Herrevander Zant, un pionero en el campo de la electrónica cuántica, que Perrin experimentó por primera vez el encanto de la ingeniería de dispositivos a micro y nanoescala. Pronto se dio cuenta de las infinitas posibilidades que ofrece la electrónica molecular, ya que dependiendo de las moléculas y materiales elegidos, los circuitos tienen propiedades completamente diferentes y pueden funcionar como transistores, diodos o sensores.
Desafíos de la nanoingeniería
Durante su doctorado, Perrin pasó mucho tiempo en las salas limpias del nanolaboratorio de TU Delft, siempre cubierto con una capucha blanca para evitar que el cabello o las partículas de polvo contaminen los diminutos componentes electrónicos. Las salas blancas proporcionan la base técnica para construir máquinas de unos pocos nanómetros de tamaño (unas 10.000 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello humano).
"En términos generales, cuanto más pequeña sea la estructura que se quiera construir, más grande y más cara será la máquina que se necesitará", explica Perrin. "Por ejemplo, las máquinas de litografía se utilizan para dibujar patrones complejos de microcircuitos en microchips. La nanofabricación y la física experimental requieren mucha creatividad y paciencia, porque casi siempre algo sale mal. Sin embargo, son los resultados extraños e inesperados los que a menudo son los más emocionantes".
Un año después de graduarse de su doctorado, Perrin consiguió un puesto en el laboratorio de Michel Calame. Desde entonces, el ciudadano franco-suizo vive en Dübendorf con su pareja y sus dos hijas.
En Empa, el joven investigador es libre de seguir experimentando con nanomateriales. Un material pronto llamó su atención en particular: las nanocintas de grafeno, un material hecho de átomos de carbono tan delgados como átomos individuales. Las nanocintas fueron fabricadas con la máxima precisión por el grupo de investigación de Roman Fasel en Empa. Perrin pudo demostrar que estas nanocintas tenían propiedades únicas que podrían usarse en una variedad de tecnologías cuánticas.
Al mismo tiempo, empezó a prestar mucha atención a la conversión de la energía térmica en electricidad. En 2018, se demostró que los efectos cuánticos se pueden utilizar para convertir eficientemente la energía térmica en electricidad.
Hasta ahora, el problema es que estas propiedades físicas ideales sólo ocurren a temperaturas extremadamente bajas, cercanas a
Su grupo de investigación en Empa pronto demostró que los efectos cuánticos de las nanocintas de grafeno permanecen esencialmente sin cambios incluso a 250 Kelvin (menos 23 grados Celsius). En el futuro, se espera que el sistema funcione a temperatura ambiente.
Desafíos y ambiciones futuras
Hay muchos desafíos que deben superarse para que nuestros teléfonos inteligentes consuman menos energía. La miniaturización extrema significa una necesidad constante de componentes especiales para garantizar que los sistemas integrados realmente funcionen.
Palin, junto con colegas de China, Reino Unido y Suiza, descubrió recientemente que en estos sistemas se pueden integrar nanotubos de carbono con un diámetro de tan solo un nanómetro como electrodos. Sin embargo, Palin estima que pasarán al menos 15 años antes de que estos materiales delicados y altamente complejos puedan fabricarse a escala e integrarse en dispositivos.
"Mi objetivo es desarrollar la base básica para la aplicación de esta tecnología. Sólo entonces podremos evaluar su potencial para aplicaciones prácticas".
Fuente compilada: ScitechDaily