20/12/2016 | CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
Optimización de los dispositivos electrónicos y disminución del gasto energético
Investigadores del CONICET participan de proyecto internacional para desarrollar materiales que permitan un mejor aprovechamiento de la energía.
Myriam Aguirre, Manuela Kim, Eugenio Otal y Ana María Llois. Foto: CONICET Fotografía

El aumento de la demanda de energía en un mundo que, además de crecer en términos demográficos depende cada vez más de las nuevas tecnologías, obliga a pensar en formas más eficientes y sustentables de usarla. Una de las claves es innovar en los materiales utilizados en la fabricación de dispositivos que permitan reducir el consumo y/o recuperar parte de la energía que generalmente se pierde en forma de calor. Esta optimización de recursos resulta en un valioso cuidado del medio ambiente.

Investigadores del CONICET participan del proyecto Spin, Conversión, Logic & Storage in Oxide-Based Electronics (SPICOLOST) que tiene por objetivo el desarrollo e implementación de Films delgados y nanoestructuras con funcionalidades eléctricas y magnéticas que permiten optimizar la performance de los dispositivos actuales y disminuir el consumo de energía sin aumentar los costos. Este proyecto está enmarcado en el programa H2020-MSCA-RISE-2016 impulsado por la Unión Europea para favorecer la innovación tecnológica a través del trabajo conjunto de equipos de investigación de diferentes partes del mundo y con diversas especialidades. Tiene una duración de cuatro años y financiará intercambio de investigadores por 711.000 Euros, de los cuales 486.000 serán utilizados por investigadores argentinos para realizar investigación y desarrollo en los diferentes laboratorios asociados.

“El objetivo es tratar de ir más allá de la tecnología de la que se dispone y minimizar el consumo de energía en diferentes dispositivos mediante el uso de materiales más eficientes. Para esto necesitamos poder coordinar conocimiento y experiencia en diferentes campos: tanto en el diseño y obtención de los nuevos materiales como en la medición de propiedades a la nanoescala y la modelización de las mismas”, comenta Myriam Aguirre, investigadora argentina de la Universidad de Zaragoza (UNIZAR) y coordinadora del proyecto.

“Las colaboraciones científicas entre los argentinos del grupo lleva varios años, ya tuvimos interacciones cruzadas durante nuestras tesis, postdoctorados y carreras como científicos. Este proyecto no solo reúne investigadores que comparten temáticas con cierta orientación similar, sino que potencia una trayectoria de trabajo y hace posible concretar ideas que teníamos ya planteadas hace años: rediseñar el mapa de la nanotecnología como la conocemos, cambiar el concepto de nanotecnología como manipulación a escala atómica al de producción de bienes de consumo masivos” explica Eugenio Otal, investigador asistente del CONICET en la Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa (UNIDEF, CONICET-Ministerio de Defensa) y profesor de la UTN.

El consorcio está integrado por ocho universidades y centros de investigación con larga trayectoria en nanotecnología, tres de las cuales son argentinas – la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), la Universidad Tecnológica Nacional (UTN), la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Por España participan la Universidad de Zaragoza (UNIZAR) y la Universidad de Santiago de Compostela (USC), por Francia el Centro Nacional para la Investigación Científica (CNRS), mientras que por Suiza los Laboratorios Federales Suizos de Materiales (EMPA) y por Japón la Universidad de Tohoku (AIMR). Al frente del proyecto en las instituciones locales se encuentran los investigadores de CONICET: Ana María, Llois, Laura Steren, ambas investigadoras principales en la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), y Eugenio Otal.

 

Innovación en materiales para el ahorro energético

Una de las vías por las que el proyecto SPICOLOST se propone alcanzar los objetivos mencionados es el desarrollo de materiales termoeléctricos, que tienen la capacidad de recuperar parte de la energía disipada en forma de calor para volver a utilizarla.
“Un material termoeléctrico absorbe calor y lo transforma en energía eléctrica. Esto se puede implementar por medio de dispositivos miniaturizados dentro de un reloj inteligente, teléfono celular o una computadora portátil. Estos materiales recapturan el calor que comúnmente se pierde al ambiente y lo transforman en energía eléctrica para realimentar los equipos, reduciendo el consumo y alargando la autonomía de las baterías”, explica Otal.

Más allá de que uno de los objetivos sea la optimización de dispositivos con impacto en la vida cotidiana, los investigadores proponen testear estos materiales en condiciones de alta exigencia para aplicaciones en condiciones extremas. “Cuando las celdas solares de un satélite dejan de funcionar debido al alejamiento respecto del sol, la energía puede ser extraída de dispositivos termoeléctricos, esto ya se utilizó, por ejemplo, en las sondas Viking y Pioneer en la década de los ´70 hasta Curiosity, que exploró Marte recientemente”, afirma Aguirre. “Si son capaces de funcionar en ambientes hostiles mucho mejor lo van a hacer ambientes naturales aquí en la tierra”, continua la investigadora.

Otra línea del proyecto es el desarrollo de materiales denominados magnetoeléctricos, cuyas propiedades magnéticas se pueden controlar con pequeños pulsos eléctricos, es decir, con ínfimo consumo de energía. Estos materiales permitirán optimizar dispositivos, como por ejemplo los discos rígidos, los cuales hoy se basan en materiales denominados ferromagnéticos. “Estos materiales nos permitirían reducir el consumo de energía para almacenar información”, agrega Ana María Llois, quien además de ser investigadora del CONICET es profesora de la UNSAM.

Finalmente, el proyecto SPICOLOST también se propone profundizar y expandir las aplicaciones posibles de la espintrónica, una poderosa tecnología emergente que hasta ahora se usa para la lectura de datos. La electrónica, base de la revolución tecnológica del siglo XX, se basa en el uso de la carga eléctrica de los electrones para generar corriente. Pero los electrones además de la carga tienen una propiedad cuántica denominada espín, que se puede describir como una rotación sobre su propio eje, que aumenta el potencial para diseñar y fabricar dispositivos con más funcionalidades que permitan, por ejemplo, leer información almacenada en un disco rígido a mayor velocidad.

“Normalmente la conducción de energía se produce por medio de la carga de los electrones, se enchufa un dispositivo y circula corriente. La espintrónica se basa en generar flujos de información, pero no a partir de la carga sino del espín del electrón. Esto permite trasladar información, pero sin disipar calor”, concluye la Aguirre.

La expansión de la espintrónica, el desarrollo y optimización de materiales termoeléctricos y magnetoeléctricos forman parte de las áreas de investigación en las que la red de científicos de diferentes instituciones trabaja para responder a uno de los desafíos actuales de mayor importancia: producir tecnologías que permitan rediseñar el modelo actual de consumo energético; generando uno más sustentable que optimice el funcionamiento de dispositivos sin introducir mayores costos en las cadenas de producción.

Por Miguel Faigón