La ley de Ohm establece que la resistencia de un conductor y el voltaje que se le aplica determinan la cantidad de corriente que fluye a través del conductor. Los electrones en el material (los portadores de carga negativa) se mueven de forma desordenada y en gran medida independiente unos de otros.

Sin embargo, cuando los portadores de carga se influyen mutuamente lo suficiente, pueden ocurrir cosas asombrosas.

Este es el caso, por ejemplo, en un material, descubierto hace unos años, que está hecho de capas especiales de grafeno. El grafeno es una lámina con un grosor de tan solo 1 átomo en la que los átomos (de carbono) están posicionados de tal manera que conforman una retícula hexagonal, parecida a la de un panal de miel.

Si dos capas vecinas de ese material están desalineadas ligeramente una respecto a la otra, los electrones pueden verse influidos de tal manera que interactúen fuertemente entre sí. Como consecuencia, el material puede, por ejemplo, convertirse en superconductor y, por tanto, conducir la corriente sin pérdidas.

Ahora, un equipo internacional que incluye, entre otros, a Klaus Ensslin, Thomas Ihn y Peter Rickhaus, del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH), ha observado un nuevo estado en esa clase de materiales con dos capas dobles de grafeno levemente desalineadas.

En ese nuevo estado, los electrones, con carga negativa, y los huecos, con carga positiva, que son los electrones faltantes en el material, se correlacionan de tal modo que el material ya no conduce la corriente eléctrica. La clave está en ajustar el campo eléctrico de tal modo que en las capas la cantidad de electrones sea igual a la cantidad de huecos. Cuando este equilibrio se logra, la resistencia aumenta abruptamente.

En este estado neutro, por tanto, no hay carga. Sin embargo, permite transmitir información o conducir calor. Y se puede controlar con precisión a través del ángulo de desalineación y el voltaje aplicado. A diferencia de lo que sucede en materiales sometidos a estados parecidos en los que se crean pares de electrón y hueco por excitación mediante láser, en el nuevo estado logrado por Ensslin y sus colegas los electrones y los huecos están en su estado de menor energía.

Los investigadores creen que el nuevo estado puede tener aplicaciones prácticas, como por ejemplo conseguir memorias cuánticas menos vulnerables al “ruido” del campo eléctrico.

Ensslin y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Science, bajo el título “Correlated electron-hole state in twisted double-bilayer graphene”.

Los sensores que se llevan puestos para todo tipo de vigilancia fisiológica, como por ejemplo el recuento de los pasos que andamos, son cada vez más comunes. Pero para aplicaciones como evaluar el deterioro de la movilidad que se produce con la vejez, diagnosticar con rapidez enfermedades mortales, comprobar qué eficacia tiene un nuevo fármaco o hacer el seguimiento del rendimiento físico de los atletas profesionales, se necesitan dispositivos de grado médico.

El equipo de Philipp Gutruf, de la Universidad de Arizona en Estados Unidos, ha desarrollado un tipo de dispositivo ponible que califica de “biosimbiótico”. Los dispositivos de esta clase tienen varias ventajas sin precedentes. No solo se trata de dispositivos impresos en 3D a medida de cada usuario (se basan en escaneos corporales de los usuarios), sino que además pueden funcionar de forma continua mediante una combinación de transferencia inalámbrica de energía y almacenamiento compacto de energía.

Los actuales sensores para llevar puestos se enfrentan a varias limitaciones. Los relojes inteligentes, por ejemplo, necesitan recargarse y solo pueden recoger una cantidad limitada de datos debido a su ubicación en la muñeca.

Mediante escaneos en 3D del cuerpo del usuario, que pueden hacerse mediante métodos como la resonancia magnética, la tomografía computerizada e incluso una combinación cuidadosa de fotos tomadas con teléfonos inteligentes, Gutruf y su equipo pueden fabricar mediante impresión en 3D dispositivos a medida que se ajusten a diversas partes del cuerpo con toda perfección. Un dispositivo de esta clase puede tomar la forma de, por ejemplo, un brazalete de malla ligero y transpirable, que apenas se ve, diseñado específicamente para el bíceps, la pantorrilla o el torso. La posibilidad de usar sensores especializados en sendas partes del cuerpo permite a los investigadores medir parámetros fisiológicos que de otro modo resultaría una tarea muy difícil y aparatosa.

Algunos dispositivos ponibles para uso científico son parches que se adhieren a la piel, pero se desprenden de ella al cabo de no mucho tiempo, a veces casi de inmediato si el sujeto suda. Incluso los dispositivos ponibles más sofisticados utilizados en el ámbito clínico, como los monitores de electrocardiograma (ECG), se enfrentan a estos problemas. Además, no son inalámbricos, lo que limita mucho la movilidad de las personas portadoras. Difícilmente alguien puede ejecutar los movimientos físicos que su rutina diaria le exige si está conectado con cables a voluminosos dispositivos externos.

El dispositivo biosimbiótico que ha presentado el equipo de Gutruf no utiliza ningún adhesivo y recibe su energía de un sistema inalámbrico con un alcance de varios metros. El dispositivo también incluye una pequeña unidad de almacenamiento de energía, de modo que funcionará incluso si el usuario sale del alcance del sistema, incluso fuera de su vivienda.

Gutruf y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo dispositivo en la revista académica Science Advances, bajo el título “Biosymbiotic, Personalized and Digitally Manufactured Wireless Devices for Indefinite Collection of High-Fidelity Biosignals”. (Fuente: NCYT de Amazings)

En la actualidad, las baterías de iones de litio representan la solución más común para el suministro móvil de energía. Sin embargo, en algunas aplicaciones esta tecnología alcanza sus límites. Esto resulta muy evidente en el caso de los vehículos eléctricos, donde hay una fuerte necesidad de vehículos ligeros y compactos con gran autonomía. Las baterías de litio-metal pueden ser una alternativa. Se caracterizan por una alta densidad energética, es decir, almacenan mucha energía por masa o volumen. Aun así, la estabilidad es un problema, porque los materiales de los electrodos reaccionan con los sistemas electrolíticos convencionales.

Unos investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) y del Instituto Helmholtz Ulm de Almacenamiento de Energía Electroquímica, ambas instituciones en Alemania, han encontrado ahora una solución.

El equipo de Stefano Passerini y Guk-Tae Kim ha recurrido a una nueva y prometedora combinación de materiales.

Un cátodo estratificado, pobre en cobalto y rico en níquel (NCM88) alcanza una elevada densidad energética.

Sin embargo, al emplear este cátodo con el electrolito orgánico LP30, de uso común y ampliamente disponible en el mercado, la estabilidad deja mucho que desear. La capacidad de almacenamiento disminuye al aumentar el número de ciclos. El motivo de ello es que, con el electrolito LP30, se forman grietas en el cátodo. Dentro de estas grietas, el electrolito reacciona y daña la estructura. Además, en el ánodo se forma una gruesa capa que contiene litio.

Por esta razón, Passerini y sus colegas utilizaron un nuevo electrolito gracias al cual se pueden reducir significativamente las alteraciones estructurales en el cátodo rico en níquel.

El resultado es que, tras 1000 ciclos, el 88% de la capacidad de la nueva batería de litio-metal se mantiene.

La eficiencia culombiana media, es decir, la proporción entre la capacidad de descarga y la de carga, es del 99,94 por ciento.

Además, la nueva batería se caracteriza por su alta seguridad.

Passerini y sus colegas exponen los detalles técnicos de este avance en la revista académica Joule, bajo el título “Dual-anion ionic liquid electrolyte enables stable Ni-rich cathodes in lithium-metal batteries”. (Fuente: NCYT de Amazings)