Investigacion2_Equipo10_FisicaCuantica

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Facultad de Ingeniería Física Cuántica
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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Física Cuántica
Grupo: 01 - Semestre: 2023-2
Investigación 2
Fecha de entrega: 13/04/2023
Profesor:
Mtro. Salvador Enrique Villalobos Pérez
Brigada 10:
Cruz Rangel Leonardo Said
García Zúñiga Luis Justo
Ríos Núñez Huberto
Téllez González Jorge Luis
APLICACIÓN DE NANOTECNOLOGÍA
INTRODUCCIÓN
La nanotecnología es una rama de la ciencia y la tecnología que se ocupa de la manipulación y el control de la materia a escala nanométrica, es decir, en el rango de 1 a 100 nanómetros. En esta escala, la materia presenta propiedades y comportamientos únicos, que difieren significativamente de los que se observan a escalas mayores. La física cuántica, por su parte, es la rama de la física que se ocupa del estudio de los fenómenos a escalas muy pequeñas, donde las leyes clásicas de la física ya no son válidas y se requiere del uso de la mecánica cuántica para entender el comportamiento de las partículas.
La combinación de la nanotecnología con la física cuántica ha dado lugar al desarrollo de una gran variedad de materiales y dispositivos con propiedades únicas y sorprendentes, que tienen aplicaciones en campos tan diversos como la electrónica, la medicina y la energía. En este ensayo se describirán algunas de las aplicaciones más interesantes de la nanotecnología con física cuántica, así como los retos y desafíos que enfrenta esta disciplina.
DESARROLLO
El progreso que ha experimentado la nanociencia durante los últimos 15 años está permitiendo un gran control sobre las estructuras a nanoescala por medio de procesos de síntesis y de fabricación propios de la nanotecnología.
Por su parte, los fenómenos cuánticos son peculiarmente observables en escalas de longitud y tiempo más pequeñas que las de nuestra experiencia cotidiana, en la que interactuamos con materiales a granel donde las propiedades se rigen absolutamente por la mecánica clásica. De ahí nuestra gran dificultad para entender todo lo relacionado con la física cuántica, pues nuestra evolución ha ocurrido en un entorno de física mecánica.
La física cuántica, en cambio, encarna lo esencial de las leyes físicas que explican el comportamiento del mundo microscópico de las partículas elementales como electrones, fotones, neutrones, protones y muones, que en última instancia gobiernan todo. Así pues, entender cuáles son las principales similitudes y diferencias entre nanotecnología y tecnología cuántica, nos entrega una comprensión más cercana de las bases de nuestra futura existencia:
Nanotecnología: cuando un material está dentro del régimen cuántico, es decir, tiene menos de 100 nm de espesor, hablamos de un nanomaterial, pues exhibe efectos cuánticos. Por consiguiente, la nanotecnología es ciencia, ingeniería y tecnología llevada a cabo a nanoescala y representa una aplicación de la física cuántica, en otras palabras, es uno de los aspectos prácticos de la teoría cuántica.
Tecnología Cuántica: aprovecha la física cuántica para obtener una funcionalidad o rendimiento que de otro modo sería inalcanzable. Este tipo de tecnología se desarrolla gracias a la existencia de nanomateriales que exhiben efectos cuánticos. Por consiguiente, la tecnología cuántica logra unir las propiedades de los nanomateriales y la mecánica cuántica.
Por lo tanto, la tecnología cuántica y la nanotecnología caminan juntas, siendo la nanotecnología y los nanomateriales los que posibilitan el desarrollo de la tecnología cuántica como, por ejemplo: la computación cuántica, la electrónica cuántica, los sensores cuánticos, la criptografía cuántica y la fotónica cuántica, todas tecnologías propias de la nenociencia que terminarán redefiniendo el futuro de nuestra humanidad.
APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA CON FÍSICA CUÁNTICA
Otra aplicación de la nanotecnología con física cuántica es la fabricación de materiales con propiedades ópticas únicas. Los materiales cuánticos, como los puntos cuánticos y las nanohojas de grafeno, tienen la capacidad de absorber y emitir luz en longitudes de onda específicas, lo que los hace útiles en la fabricación de células solares de alta eficiencia, pantallas de visualización de alta calidad y dispositivos de iluminación de bajo consumo energético.
La nanotecnología con física cuántica también se utiliza en la fabricación de dispositivos de sensores ultra-sensibles. Los sensores cuánticos, como los sensores basados en nanotubos de carbono y los sensores basados en puntos cuánticos, tienen la capacidad de detectar cambios muy pequeños en su entorno, como la presencia de moléculas específicas, la temperatura y la humedad, lo que los hace útiles en aplicaciones médicas y de seguridad.
Otra aplicación interesante de la nanotecnología con física cuántica es la fabricación de materiales superconductores de alta temperatura. Los materiales superconductores cuánticos, como el YBaCuO, presentan propiedades cuánticas únicas que les permiten conducir electricidad sin resistencia a temperaturas más altas de lo que sería posible con materiales convencionales. Estos materiales tienen aplicaciones en la fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía de alta capacidad y eficiencia.
Fabricación de dispositivos electrónicos cuánticos
Los dispositivos electrónicos cuánticos son aquellos que se basan en el uso de materiales cuánticos, como los puntos cuánticos y los nanotubos de carbono, que presentan propiedades cuánticas únicas, como la emisión de fotones individuales, la conducción electrónica cuántica y la capacidad de actuar como sensores de alta sensibilidad. Los dispositivos electrónicos cuánticos tienen aplicaciones en campos tan diversos como la criptografía cuántica, la computación cuántica y la detección de radiación.
Uno de los materiales cuánticos más estudiados en la fabricación de dispositivos electrónicos cuánticos son los puntos cuánticos. Los puntos cuánticos son nanopartículas de materiales semiconductores que tienen un tamaño inferior a los 10 nm. Debido a su pequeño tamaño, los puntos cuánticos presentan propiedades ópticas y electrónicas únicas, como la emisión de fotones individuales, la conducción electrónica cuántica y la sensibilidad a campos magnéticos. Estas propiedades hacen que los puntos cuánticos sean útiles en la fabricación de dispositivos electrónicos cuánticos, como los diodos emisores de luz (LEDs) y los fotodetectores.
Otro material cuántico que ha recibido una gran atención en la fabricación de dispositivos electrónicos cuánticos son los nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas de carbono con un diámetro de unos pocos nanómetros y una longitud que puede alcanzar varios micrómetros. Los nanotubos de carbono presentan propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas únicas, que los hacen útiles en la fabricación de dispositivos electrónicos cuánticos, como los transistores de efecto de campo (FETs) y los sensores de gases.
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· Arancibia, A. S. (2021, diciembre 31). NANOTECNOLOGÍA VS TECNOLOGÍA CUÁNTICA. Andrés Silva Blog. https://andressilva.blog/2021/12/31/nanotecnologia-vs-tecnologia-cuantica/
· Giraldo, J. (2003). El punto cuántico en la nanociencia y la nanotecnología. MOMENTO, 27, 30–40. https://revistas.unal.edu.co/index.php/momento/article/view/44943
· Ciencias para el mundo contemporáneo. (s/f). Gobiernodecanarias.org. Recuperado el 13 de abril de 2023, de http://www3.gobiernodecanarias.org/aciisi/cienciasmc/web/u8/contenido5_u8.html
· Diplakiz, W. (2020). La Nanotecnología. Ondas y Partículas. https://ondasyparticulas.com/2020/07/24/la-nanotecnologia/