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El grafeno puede ayudar a redefinir el amperio como unidad básica

Una fuente de electrones construida con este material puede permitir una definición más precisa de la intensidad de la corriente eléctrica

Un equipo de trabajo conjunto entre el Laboratorio Nacional de Física (NPL) y la Universidad de Cambridge puede ayudar a redefinir el amperio (la unidad de intensidad de la corriente eléctrica) de una forma más precisa. Han creado una ‘fuente de electrones únicos’ con grafeno que, al parecer, cumple con los requisitos.

El amperio es una de las denominadas unidades básicas, junto al metro (longitud), el segundo (tiempo), el kilogramo (masa), el Kelvin (temperatura), el mol (cantidad de materia) y la candela (intensidad luminosa). Estas pretenden ser definiciones universales que estandaricen las mediciones de cualquier fenómeno físico.

Para que cumplan su objetivo con éxito, las unidades básicas han de estar basadas en constantes universales (como la velocidad de la luz en el vacío, o la carga eléctrica de un electrón) y ser reproducibles en cualquier parte. El metro, por ejemplo, se define como la longitud que recorre la luz en el vacío en una fracción 299.792.458 veces más pequeña que un segundo.

Pero la actual definición del amperio ya no es suficientemente precisa, ni estable, para las necesidades de hoy y el futuro. La Conferencia General de Pesos y Medidas, máxima autoridad en las unidades básicas, se plantea su redefinición, esta vez basada directamente en la carga del electrón.

“Las fuentes de electrones únicos pueden revolucionar la metrología eléctrica al permitir que el amperio se redefina basado en la carga elemental de un electrón”, afirman los investigadores en su artículo, publicado en la revista Nature Nanotechnology.

Las fuentes de electrones únicos únicos’ (‘single-electron pump’, SEP) son un dispositivo que emite un electrones de uno en uno, y a un ritmo constante.

El desarrollo de una buena fuente de electrones únicos puede ayudar a redefinir el amperio con las máximas garantías. Para eso ha de ser extremadamente regular, y además muy rápida.

Hasta ahora, las más regulares (hechas de aluminio) emitían electrones a un ritmo constante, pero demasiado lento para los propósitos de la Conferencia General de Pesos y Medidas.

Por su parte, las que eran suficientemente rápidas (hechas con materiales semiconductores tradicionales), no tenían la estabilidad y la precisión necesarias.

La fuente de electrones únicos de grafeno, desarrollada por NPL y Cambridge, puede aunar ambas características y permitir una redefinición moderna del amperio.

Los investigadores han caracterizado y construido un primer prototipo con buenos resultados. La estructura del grafeno, formado por una única capa de átomos de carbono en forma de panal de abeja, permite un flujo de electrones muy regular, y suficientemente veloz (de aproximadamente mil millones por segundo).

Aun así, los científicos aseguran que todavía tienen que optimizar el material y realizar medidas más precisas.

A pesar de los buenos resultados, y las expectativas que genera esta nueva investigación, la redefinición del amperio tendrá que esperar a la del kilogramo, que todavía está pendiente, y muy posiblemente altere el valor de la carga del electrón.
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