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Hace doce años, Mickael Perrin comenzó su carrera científica sin saber que trabajaría en el campo de la electrónica cuántica, que sólo se popularizaría unos años más tarde.
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En aquella época, los físicos apenas empezaban a hablar del potencial de las tecnologías cuánticas y de los ordenadores cuánticos. Hoy en día hay decenas de empresas emergentes en este ámbito y los gobiernos y las empresas están invirtiendo miles de millones para seguir desarrollando la tecnología. Ahora estamos viendo las primeras aplicaciones en informática, criptografía, comunicación y sensores.
Mickael Perrin, profesor asistente, ETH Zurich
Otra aplicación posible gracias a la investigación de Perrin es la generación de electricidad casi sin pérdida de energía mediante fenómenos cuánticos. Para lograrlo, el experto de 36 años combina la termodinámica y la mecánica cuántica, dos ramas de la física tradicionalmente diferentes.
Debido a la alta calidad del trabajo de Perrin y su potencial para futuras aplicaciones, el año pasado recibió dos premios: la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF) le otorgó una beca de inicio Eccellenza Professorial Fellowship para jóvenes investigadores, además de uno de los codiciados ERC. . Perrin actualmente trabaja como profesor asistente de electrónica cuántica en ETH Zurich y dirige un grupo de investigación de nueve personas en Empa.
Diez mil veces más pequeño que un cabello
Según Perrin, nunca se consideró un matemático con talento natural.
Perrin comentó: “Fue principalmente la curiosidad lo que me impulsó hacia la física. Quería comprender mejor cómo funciona el mundo que nos rodea y la física ofrece excelentes herramientas para ello.«
En 2005, se matriculó en la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) para estudiar física aplicada después de completar su escuela secundaria en Ámsterdam. El enfoque inicial de Perrin se centró en aplicaciones prácticas más que en teoría.
Perrin originalmente se enamoró de la fascinación de desarrollar dispositivos a micro y nanoescala mientras estudiaba con el renombrado pionero de la electrónica cuántica Herre van der Zant. Rápidamente reconoció las innumerables posibilidades que ofrecía la electrónica molecular, ya que los circuitos pueden usarse como transistores, diodos o sensores y tienen propiedades muy diferentes según las moléculas y los materiales elegidos.
Perrin estudió para su doctorado. Estuvo en TU Delft durante mucho tiempo y pasó gran parte de su tiempo en la sala limpia de Nanolab, siempre envuelto en un mono blanco de cuerpo entero para evitar que el polvo y el cabello contaminen los diminutos componentes electrónicos. La sala limpia permitió la infraestructura técnica necesaria para construir máquinas de unos pocos nanómetros de tamaño, unas 10.000 veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano.
“En general, cuanto más pequeña sea la estructura que quieras construir, más grande y más cara será la máquina que necesitarás para hacerlo.“Explicó Perrin.
Por ejemplo, las máquinas de litografía se utilizan para formar complicados minicircuitos en microchips.
“La nanofabricación y la física experimental requieren mucha creatividad y paciencia porque casi siempre algo sale mal. Pero los resultados extraños e inesperados suelen ser los más emocionantes”.“Añadió Perrin.
Grafeno: un material milagroso
Un año después de doctorarse, Empa contrató a Perrin para trabajar en el laboratorio de Michel Calame, especialista en la integración de materiales cuánticos en nanotecnología. Ya entonces Perrin, que tenía doble ciudadanía francesa y suiza, vivía en Dübendorf con su novia y sus dos hijos.
Perrin añadió: “Suiza fue una buena elección para mí por varias razones. La infraestructura de investigación es incomparable.«
De Empa, ETH Zurich y el Centro de Investigación de IBM en Rüschlikon recibe todo lo que necesita para producir nanoestructuras, incluidos los instrumentos de medición para su evaluación.
“También soy una persona que practica actividades al aire libre. Me encanta la montaña y a menudo hago senderismo y esquío con mi familia.“Perrin continuó.
Perrin también es un escalador experimentado. De vez en cuando se toma semanas libres para escalar en regiones lejanas, sobre todo en Francia, el país de origen de su familia.
En Empa, el joven investigador pudo seguir experimentando con nanomateriales. Una sustancia en particular despertó rápidamente su interés: las nanocintas de grafeno, un material a base de carbono tan delgado como los átomos individuales. El grupo de Roman Fasel en Empa produce estas nanocintas con extrema precisión.
Perrin demostró que estas bandas tienen propiedades únicas y pueden usarse en una variedad de tecnologías cuánticas.
Al mismo tiempo, desarrolló un gran interés por convertir el calor en energía eléctrica. En 2018, se demostró que los efectos cuánticos se pueden utilizar para convertir de manera eficiente la energía térmica en electricidad.
El desafío hasta ahora ha sido que estas propiedades físicas deseables sólo aparecen a temperaturas extremadamente bajas cercanas al cero absoluto (0 Kelvin; -273 °C). Esto tiene una importancia limitada para hipotéticas aplicaciones futuras, como teléfonos móviles o minisensores. A Perrin se le ocurrió la idea de utilizar nanocintas de grafeno para resolver este problema.
En comparación con otros materiales, sus propiedades físicas únicas indican que la temperatura tiene una influencia mucho menor sobre los efectos cuánticos y, por tanto, sobre los efectos termoeléctricos deseados. Poco después, su equipo en Empa pudo demostrar que los efectos cuánticos de las nanocintas de grafeno persisten esencialmente a 250 Kelvin o -23 °C. Se espera que el sistema funcione a temperatura ambiente en el futuro.
Menor consumo de energía gracias a los nanotubos
Antes de que la tecnología permitiera que los teléfonos inteligentes consumieran menos energía, aún quedaban muchos obstáculos por resolver. Debido a la miniaturización extrema, todavía se necesitan elementos únicos para garantizar la funcionalidad de los sistemas desarrollados.
Perrin y sus colegas de China, Gran Bretaña y Suiza demostraron recientemente que se pueden incorporar nanotubos de carbono tan pequeños como un nanómetro de diámetro como electrodos en tales sistemas.
Pero antes de que estos materiales extremadamente complejos y delicados puedan fabricarse a gran escala y utilizarse en dispositivos, pasarán al menos 15 años, según Perrin.
Perrin concluyó: “Mi objetivo es desarrollar los fundamentos básicos para la aplicación de esta tecnología. Sólo entonces podremos evaluar su potencial para aplicaciones prácticas.«
#RostrosDeLaCiencia: Mickel Perrin, físico
Fuente del vídeo: Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF)
Fuente: https://www.snf.ch/de
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