Controlando pulsos de luz ultra-rápidos: Un gran paso hacia mejores sensores y comunicaciones
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| Jason McKinney, trabaja con un equipo que produce pulsos láser en la Universidad de Purdue. |
Ingenieros de la Universidad de Purdue mostraron como controlar con gran precisión las propiedades espectrales de pulsos de luz ultra-rápidos, un paso hacia la creación de sensores avanzados, tecnologías de comunicaciones más poderosas e instrumentos de laboratorio más precisos.
Los pulsos láser pueden ser vinculados con las luces estroboscópicas usadas en fotografía de alta velocidad para congelar objetos que se mueven a gran velocidad como balas o insectos volando. Estos pulsos de láser, sin embargo, son millones de veces más rápidos que esas luces, durando apenas una billonésima parte de un segundo (entre un picosegundo y un femtosegundo.)
Las propiedades de los pulsos, cuando son representados en un gráfico, toman formas específicas que caracterizan el cambio de la intensidad luminosa del comienzo al fin de cada pulso. Controlar esta intensidad con precisión, que se llama “modelado del pulso”, permitirá a los investigadores dar a los pulsos del láser aplicaciones específicas, dijo Andrew Weiner, profesor de Purdue.
Los investigadores en otras instituciones desarrollaron láseres ultra-rápidos produciendo trenes de pulsos que se dividen en cientos de miles de segmentos, con cada segmento representando una porción diferente del espectro formando un pulso. Los segmentos son llamados de “líneas de peine” porque se asemejan a los dientes de un peine cuando se los representa en un gráfico, y el pulso entero se llama “peine de frecuencia de femtosegundo.”
El premio Nobel en física de 2005 fue dado a investigadores que justamente controlaron las frecuencias de estas líneas y demostraron aplicaciones relacionadas con relojes ópticos sofisticados, que podrían mejorar las comunicaciones, los sistemas de navegación y permitir nuevos experimentos para probar teorías físicas, dentro de otros usos posibles.
En la nueva investigación, los ingenieros de Purdue “dieron forma” a 100 líneas de uno de dichos peines de frecuencia en un solo pulso.
“Todavía hay enormes desafíos tecnológicos por delante, pero realmente vemos 100 líneas como un hito, un gran paso,” dijo Weiner. La investigación se centra en el Laboratorio de Óptica Ultra-Rápida y Comunicaciones por Fibra Óptica de Purdue.
La técnica para dar forma al pulso, llamada generación de ondas ópticas arbitrarias no es nueva. Sin embargo el equipo de Purdue es el primero en lograr darle forma a pulsos de luz de un peine de frecuencia de femtosegundo y en demostrar la técnica en una escala tan pequeña controlando las propiedades de 100 peines espectrales dentro de cada pulso.
Al controlar con precisión esta “fina estructura en frecuencia” de los pulsos láser, los investigadores esperan crear sensores ópticos avanzados que detecten y midan materiales peligrosos o contaminantes, espectroscopia ultra-sensible para investigaciones de laboratorio, y sistemas de comunicaciones basadas en óptica que transmitan volúmenes mayores de información con mejor calidad, aumentando el ancho de banda. Sin embargo, realizar por completo estos objetivos necesitaría controlar entre 100.000 y 1 millón de líneas de peine en cada pulso, dijo Weiner.
El avance de los ingenieros de Purdue permite a los investigadores controlar la amplitud y la fase de líneas individuales, o los puntos altos y bajos de cada línea espectral, representando un paso hacia la aplicación de esta técnica para tecnologías avanzadas.
Fuente: Science Daily
Usando un imán para templar un imán
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| Patrón de las paredes de dominio de un material ferromagnético. El uso práctico de este imán está dado por la facilidad con las que las paredes pueden ser movidas. La distancia entre las paredes es de 100 nanometros (la 10 millonésima parte de un centímetro.) |
Un equipo internacional de investigación, conducido por científicos del London Centre para Nanotecnología (LCN, por sus siglas en inglés), encontró una forma de cambiar las propiedades magnéticas de un material de “duro” a “blando” y viceversa –descubrimiento que podría llevar a nuevas maneras de controlar dispositivos electromagnéticos. La investigación apareció en la revista Nature del 2 de Agosto y muestra cómo un imán puede ser “templado” al ser sometido a otro campo magnético, perpendicular al original.
Los imanes pueden ser clasificados por sus propiedades magnéticas “duras” o “blandas”. Los imanes duros, algunas veces llamados también de “permanentes”, tienen paredes de dominios fijas lo que quiere decir que el material permanece magnetizado por un largo tiempo. Los imanes blandos tienen paredes de dominio movibles, que pueden ser fácilmente invertidas. Estos materiales muestran propiedades magnéticas no permanentes.
El profesor Gabriel Aeppli, director del LCN y miembro del equipo de investigación, explicó la importancia de este descubrimiento: “Que un imán sea duro o blando determina para qué se lo puede usar. Típicamente, se usaría un imán permanente para adherir una nota a la puerta del refrigerador porque se espera que permanezca allí por un largo tiempo. Por el otro lado, se puede usar un imán blando en un motor o transformador porque se adaptaría mejor a los cambios rápidos en la corriente alterna y disiparía mucha menos energía que un imán duro.
“Es raro poder templar continuamente las paredes de un imán, pero hemos ahora mostrado cómo puede ser hecho en un imán modelo a bajas temperaturas. En el proceso, demostramos un camino nuevo en aplicaciones de imanes a temperaturas más elevadas y mostramos cómo el desorden químico en el orden del nanómetro (la mil millonésima parte de un metro) pueden tener un efecto enorme en las propiedades macroscópicas (orden del centímetro) de un imán.
La mayor parte de los sistemas físicos y biológicos pueden ser pensados como desordenados. Los semiconductores se basan en impurezas situadas al azar para sus propiedades eléctricas y usos, mientras que las impurezas químicas y estructurales en los imanes determinan qué tan fijas se encuentran las paredes del dominio, es decir qué tan fácilmente puede ser cambiada la polaridad.
“Desde un punto teórico, fue realmente interesante para nosotros ver que las propiedades de un sistema grande, desordenado que era dominado en gran medida por una rara configuración de impurezas,” dijo el profesor Aeppli. “Al contrario de los sistemas biológicos, en la ciencia de materiales, estamos acostumbrados a ver comportamientos que son dominados por las características promedio del sistema. Aquí podemos observar la influencia masiva de un número minúsculo de defectos químicos y estructurales.”
Fuente: Science Daily
África: Impacto del voluntariado internacional poco, pero significativo
Voluntarios internacionales de la salud hacen una pequeña, pero significativa contribución en el África Sub-Sahariana, según una investigación publicada en el periódico en línea de libre acceso Human Resources for Health. El número de voluntarios médicos permanece bajo, y los recursos se están concentrando en iniciativas de construcción de capacidad local.
Geert Laleman y colegas del Instituto de Medicina Tropical de Antwerp, Bélgica encuestaron a encargados de recursos humanos de 13 organizaciones que envían voluntarios al África Sub-Sahariana, y a ocho oficiales médicos africanos con experiencia en el sector sin fines de lucro. En 2005 los voluntarios internacionales de la salud trabajando en la región no excedían al equivalente de 5000 trabajadores a tiempo completo. Hasta 1500 de estos eran doctores que se quedaban desde algunas semanas hasta dos años. El costo anual de enviar voluntarios era típicamente de entre 36.000 y 50.000 dólares.
Organizaciones no gubernamentales humanitarias, de desarrollo y organizaciones de voluntarios como el Voluntary Service Overseas (VSO) o la United Nations Volunteers (UNV) tienen agendes diferentes. Organizaciones jóvenes, seculares como Médecins sans Frontières mandan la mayor parte de los voluntarios –y se agregan más anualmente. ONGs más recientes y con voluntarios menos jóvenes están frecuentemente mal preparados para trabajar en países de bajos recursos, dicen los expertos del país.
Los voluntarios no siempre tienen en consideración el conocimiento local, y aumentan la tensión al crear sistemas o procedimientos paralelos. Sin embargo, voluntarios a más largo plazo que se dirigen a hospitales o aquellos respaldados por agencias de voluntariado para manejar instalaciones, frecuentemente con entrenamiento específico, como medicina tropical, tuvieron un impacto local significativo en construcción de capacidad y asignación de recursos.
Encargados de la salud organizan y desarrollan servicios de salud para la población general, mientras que las organizaciones voluntarias no siempre se encuadran en una aproximación tan abarcativa y a largo plazo. “Los encargados de la salud en el África Sub-Sahariana consideran a los voluntarios internacionales como una medida de último recurso, juzgando que no es efectiva económicamente como invertir en capacidad local,” dice Laleman. “En países del Sur y Este de África, fuertemente golpeados por el HIV/AIDS, la dependencia en los voluntarios internacionales, especialmente doctores, seguramente aumentará.”
La Organización Mundial de la Salud (OMS) identifica a 36 países con escasez crítica de recursos humanos en el África Sub-Sahariana. El trabajo de desarrollo cambió el foco hacia colaboraciones a largo plazo y reclutamiento local, y muchos países occidentales cortaron el presupuesto para mandar trabajadores al otro lado del océano.
Fuente: Science Daily
Foto: ArtWerk
“Nubes Oscuras” contribuyen al derretimiento de los glaciares del Himalaya
Nubes oscuras llenas de hollín sobre el subcontinente Indio calientan la atmósfera inferior tanto como los gases de efecto invernadero, según un nuevo estudio.
Estas nubes contienen aerosoles –pequeñas partículas suspendidas en el aire que se sabe generan un efecto de enfriamiento que podría mitigar el calentamiento global.
Pero los últimos estudios sugieren que los aerosoles podrían ser responsables de un calentamiento regional. Específicamente, las nubes de aerosoles sobre India aumentan el calentamiento atmosférico en un 50 por ciento.
“Encontramos que estas nubes marrones pueden cubrir enteramente el Norte del Océano Índico, una zona del mismo tamaño que los Estados Unidos continentales,” dijo el autor principal Veerabhadran Ramanathan, un científico climático en el Instituto Scripps de Oceanografía en la Universidad de California, San Diego.
La neblina de las nubes marrones sobre la región pueden tener hasta tres kilómetros de ancho, dijo Ramanathan.
Y la neblina toca las partes inferiores de los glaciares en el rango de montañas del Himalaya, dijo uno de los co-autores del estudio David Winker, investigador principal del satélite CALIPSO de la NASA.
Esto sugiere que las nubes marrones pueden estar contribuyendo al derretimiento de los glaciares en el Himalaya.
¿Cómo nubes marrones?
Las nubes marrones contienen aerosoles oscuros como hollín que se emanan a la atmósfera al quemar materia orgánica.
Estas partículas absorben energía solar y entonces lo liberan hacia el aire circundante como calor.
Fuerzas naturales como incendios forestales pueden crear Hollín, pero también acciones humanas como quemar combustibles fósiles.
Ramanathan atribuye la formación de las nubes a una combinación de la meteorología tropical del área, el uso de tecnología obsoleta y la rápida industrialización.
Estas partículas oscuras, especialmente cerca de regiones urbanas e industriales pueden agregar significativamente al calentamiento de la atmósfera, advierte Scripps’ Craig Corrigan, un co-autor del estudio.
“Cuando introducimos un poco de nuestra propia polución –especialmente cuando es hollín negro oscuro- hay efectos más dramáticos en el calentamiento,” dijo Corrigan.
En contraste, aerosoles de colores más claros no absorben energía solar del mismo modo que las partículas oscuras.
Estas partículas que no absorben actúan como un parasol sobre la Tierra, reflejando la energía hacia el espacio.
“Si vas a un estacionamiento, la vereda blanca está más fría que el asfalto oscuro,” explicó Corrigan.
Pero al contrario de los gases de efecto invernadero, los aerosoles claros y oscuros no se distribuyen uniformemente alrededor del globo, dijo Peter Pilewskie, un científico de la atmósfera de la Universidad de Colorado, quien no estuvo involucrado en el estudio.
Promediando los efectos de los aerosoles en todo el mundo ocultan procesos regionales que “necesitamos realmente entender cuando ponemos todas las piezas del planeta juntas,” Pilewskie dijo.
“Cortacésped con alas”
Para entender mejor a las nubes marrones, los investigadores enviaron tres vehículos aéreos hacia la neblina.
Cada uno de ellos era “del tamaño de un pequeño cortacésped con alas,” dijo Corrigan.
Los tres vehículos simultáneamente volaron sobre, dentro y por debajo de segmentos de las nubes marrones que se encontraban sobre las Maldivas, un país del Océano Índico.
Durante 18 misiones en Marzo de 2006 los vehículos realizaron mapas de las nubes y midieron la energía solar que absorbían.
“Coincidentemente la NASA lanzó el satélite CALIPSO, que nos dio una medición precisa del espesor de las nubes,” dijo Ramanathan.
En 2008 la NASA planea lanzar un satélite llamado Glory que llevará un nuevo sensor para determinar cuánta energía absorben los aerosoles del sol.
“Nuestro entendimiento sobre cómo la polución y estas nubes marrones influencian el cambio climático está evolucionando,” dijo Ramanathan.
Fuente: National Geographic
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