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Científicos chilenos simulan eventos extremos similares a las olas gigantes en el mar

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El equipo multidisciplinario logró simular en sistemas ópticos las llamadas ondas rogue o olas gigantes en el contexto del océano, uno de los eventos más destructivos e inexplicables.
Por David Azócar

De acuerdo a Carla Hermann, académica del Departamento de Física FCFM de la Universidad de Chile e investigadora del Instituto Milenio de Óptica MIRO, “el fenómeno de ondas de rouge se remonta a observaciones de ondas de agua extremadamente grandes en la superficie del océano, que aparecían de la nada y desaparecían sin dejar rastro, pero que eran responsables de grandes daños en embarcaciones.  Estos eventos extremos son muy raros que aparezcan, siendo además  difíciles de entender y de predecir”, señala.

Fue así que el equipo científico descubrió que, en un esquema experimental que es posible controlar la aparición de ondas de rogue ópticas (es decir, puntos de luz con intensidades muy alta con respecto al promedio) a través de la propagación de la luz en un cristal fotorrefractivo, mediante la aplicación de un campo eléctrico externo y todo a temperatura ambiente.

“Básicamente podría servir para desarrollar experimentos en un pequeño laboratorio (en este caso nuestro cristal) y comprender mejor cómo se forman estos eventos y cómo poder controlarlos luego en sistemas naturales más grandes como por ejemplo el océano”, explica Hermann, quien señala que en futuros experimentos pretenden explorar nuevos mecanismos y parámetros del sistema, para determinar las condiciones que hagan aparecer este tipo de eventos y correlacionarlos con otros eventos extremos en la naturaleza.

Sobre el experimento

El experimento consiste en enviar luz a un cristal sensible a la luz, para luego analizar lo que pasa a la salida de este con una cámara CCD. Para general eventos extremos se aplica un voltaje externo, se esperan unos 15 minutos para que el sistema se estabilice y se tomaba una foto de la cara de salida del cristal. Se repitió el experimento 30 veces y luego se hizo estadística a las imágenes obtenidas. Tras analizar los datos usando el criterio de ondas de rogue, se observó la existencia de eventos extremos  tanto de forma experimental como de forma teórica con un modelo muy simple.

“La toma de datos tardó alrededor de tres meses, ya que teníamos que esperar que el sistema se estabilizara para cada voltaje eléctrico aplicado. Luego nos tomó un par de meses el desarrollar el software y comparar los resultados con respecto a la teoría”, explica la científica, quien es la investigadora responsable del proyecto, tomando los datos juntos con Ignacio Salinas, además de desarrollar el software para el análisis de datos.

El próximo paso en la investigación será repetir el experimento, pero variando otros tipos de parámetros, por ejemplo la potencia de la luz que entra al cristal, su tamaño transversal, la temperatura o presión del sistema, etc. “Actualmente estamos investigando la aparición de ondas de rogue en sistemas periódicos. Resultados preliminares muestran que si hay eventos extremos en esta configuración, que sería la primera vez que se observan en la historia en este tipo de sistemas. Esperamos terminar ese trabajo a fines de año”, concluye Hermann.

La investigación fue publicada en la revista Optics Letters con el título “Spatial rogue waves in photorefractive SBN crystals” (Ondas de rogue espaciales en cristales SBN fotorefractivos), para ver el artículo original revisa la siguiente URL https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-44-11-2807&fbclid=IwAR1i6aHwd2XOYXTjvNpmUpHM5buFaIaVdYQHdlL6VghUDi_lRSLLpx4S7N0

La investigación estuvo compuesta, además de la doctora Hermann, por Rodrigo Vicencio (también académico DFI e investigador MIRO), y los investigadores Ignacio Salinas, Danilo Rivas  y Bastián Real, todos de la Universidad de Chile; a ellos se sumaron a Ana Mancic, de la Universidad de Nis, junto a Cristian Mejía de la Universidad del Atlántico y Aleksandra Maluckov del Vinca Institute of Nuclear Sciences.

Científicos proponen modelo que podría alargar la vida de dispositivos electrónicos

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Científicos proponen modelo que podría alargar la vida de dispositivos electrónicos

La investigación, publicada en la última edición de la revista Physical Review Applied, fue una colaboración chileno-francesa liderada por Karin Alfaro, investigadora del Instituto Milenio de Óptica MIRO.
Por David Azócar

“Lo que hicimos fue postular un modelo matemático para la oxidación de películas delgadas que contienen aluminio, muy abundante en la electrónica contemporánea”, así lo explica Karin Alfaro, también estudiante del Doctorado en Ciencias Físicas y Matemáticas, de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

Los investigación se centró en la interfaz “así denominamos el límite que separan la parte oxidada de la no oxidada. Aquí descubrimos que la forma de dicha interfaz (su geometría) puede mejorar las propiedades de ciertos dispositivos. Por ejemplo, en un láser tipo VCSEL (como el que hay dentro de algunos celulares) su haz de luz puede aumentar su intensidad o podría requerir menos energía para hacerlo funcionar”, agrega Alfaro.

Este trabajo es sumamente interesante “porque ataca un problema fundamental en la tecnología de láser y materiales basados en semiconductores como es la oxidación”, así lo explica Marcel Clerc, académico del Departamento de Física FCFM de la Universidad de Chile y Subdirector del Instituto Milenio de Óptica MIRO.

El desafío de trabajar a escalas micrométricas.

Para llegar a este logro los científicos tuvieron que, en primer lugar, manipular experimentalmente las películas que son aproximadamente del ancho de un cabello humano y luego describir los cambios de la interfaz utilizando modelos teóricos apoyado de simulaciones numéricas, “Fue algo muy desafiante, sin ir más lejos antes de esta investigación, los modelos teóricos no podían describir la evolución de la geometría…pero eso ya es pasado”, señala Alfaro.

Para lograr lo anterior, en la Universidad de Toulouse, se utilizaron cámaras de vacío, cámaras de adquisición de imágenes de alta resolución y de una sala limpia para la preparación de la muestra, mientras que en Chile fueron requeridos computadores con alto poder de cálculo.

Con esos datos los científicos chilenos llevaron a cabo el diseño de un modelo que logró predecir la geometría del frente de oxidación húmeda, donde Karin tuvo un papel central en la descripción teórica además de su caracterización numérica.

Con estos resultados, el equipo espera encontrar la velocidad de dicha interfaz, así como estudiar geometrías más complejas o conocer cómo funciona el modelo en materiales que favorezcan la oxidación.

El equipo de trabajo estuvo compuesto por Karin Alfaro, su profesor guía el Doctor René Rojas Cortés, Director del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso; el Doctor Marcel Clerc, académico del Departamento de Física de la Universidad de Chile y Subdirector del Instituto Milenio MIRO, además de científicos CNRS y de la Université de Toulouse en Francia.

Para ver la publicación oficial en la revista Physical Review Applied, revisa la siguiente dirección web https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.044067

Científicos crean modelo que podría explicar y anticipar catástrofes

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Científicos crean modelo que podría explicar y anticipar catástrofes

El estudio, que tardó cinco años de investigación teórica y práctica, apareció en la última edición de la revista científica Physical Review X.

Por David Azócar

Las sequías, huracanes, tsunamis y crisis financieras son ejemplos de comportamientos extremos que tienen algo en común, son muy difíciles de predecir. Esto es en parte debido a la compleja dinámica de estos fenómenos, que involucran transiciones abruptas entre varios estados posibles. Una investigación chileno-francesa donde participó el Doctor Marcel Clerc, académico del Departamento de Física  FCFM de la Universidad de Chile y Sub-Director del Instituto Milenio de Investigación en Óptica MIRO, podría ofrecer respuestas sobre un posible mecanismo universal que explique la emergencia de estas transiciones de fase y formación espontánea de patrones auto-organizados. Para esto, los investigadores diseñaron un sistema óptico modelo que presenta los elementos necesarios para estudiar eventos extremos de manera controlada.

“Los eventos extremos son comportamientos peculiares que se encuentran fuera del actuar típico de un sistema. Nosotros establecimos la aparición de eventos extremos como la transición entre dos eventos de alta complejidad, es decir, creamos un modelos que explica y entiende cómo se forman”, afirma el también Doctor en Física de la Universidad de Niza (Francia).

Este tipo de investigación es altamente contingente para la vida contemporánea “Las catástrofes son el pan de cada día de las sociedades humanas, poder comprenderlas y eventualmente anticiparlas no es sólo deseable, sino imprescindible. Otro punto relevante es que de seguir por este camino podríamos contribuir al estudio tanto eventos naturales como sociales, por ejemplo crisis financieras”, afirma el académico de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile.

Como lo lograron:

“Sobre la base de un resonador de anillo de fibra óptica, ubicado en laboratorios emplazados en Francia, observamos experimental y teóricamente un posible escenario universal de ondas extremas inducidas por la emergencia de turbulencia de ondas. Este tipo de comportamientos lo entendemos como la transición de intermitencia espacio temporal a turbulencia”, explica Clerc quién el científico que  identificó el origen de las ondas extremas.

El siguiente paso será investigar la turbulencia de fluidos. “Este tipo de sistema óptico nos deja aún muchas preguntas abiertas, será fascinante avanzar en este punto”, concluye el académico.

El resto del equipo de investigación estuvo compuesto por los  Doctores Saliya Coulibaly, quien lideró la investigación y Majid Taki, ambos de la Universidad de Lille (Francia), a ellos se sumaron  Abdelkrim Bendahmane, Guy Millot y Bertrand Kibler, de la Universidad Bourgogne Franche-Comté, quienes estuvieron a cargo de la parte experimental.

La investigación fue publicada en la revista científica Physical Review X , revista online de la American Physics Society (APS), con el título “Turbulence-induced rogue waves in Kerr resonators” (“Turbulencia induce ondas extremas en un resonador óptico”).

Para ver el artículo original ingrese a la siguiente dirección web:

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.9.011054

Nuevas estructuras de redes ópticas son estudiadas por científicos chilenos

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Determinar cómo se comporta la luz al viajar por distintos materiales y así controlar mejor la información que pasa por dispositivos ópticos, es el resultado de la investigación de un grupo de científicos del Departamento de Física FCFM de la Universidad de Chile y del Instituto Milenio de Óptica MIRO, el resultado que avanza en el camino de la computación óptica apareció en la última versión de la revista Physical Review A.

El Doctor Rodrigo Vicencio, quien dirige el grupo de Redes Fotónicas del Instituto Milenio de Óptica MIRO indica “buscamos aprender cómo la luz viaja y cómo se auto atrapa en diversos materiales fotónicos, donde la geometría elegida determina, de forma importante, las propiedades que la luz experimentará”, agregando que de esta manera podrían dirigir de mejor manera la información de tipo óptica y así distribuirla controladamente en una red fotónica arbitraria, siendo un paso importante para la futura computación óptica, que sería más rápida que los actuales computadores electrónicos.

Para lograr lo anterior los científicos estudiaron un manojo de fibras ópticas, con una geometría muy específica (una red denominada de Lieb), donde demostraron que es posible transportar controladamente la luz localizada en regiones espaciales muy pequeñas (20 micrómetros).

“Antes de este trabajo sólo se había predicho transporte controlado de luz en redes con geometría de Kagome. Con nuestros resultados demostramos que existe un mayor número de geometrías en las que sería posible observar un atrapamiento y un transporte controlado, por lo tanto, más opciones en la práctica de usar cristales fotónicos en aplicaciones que controlen y distribuyan información de tipo óptica”, explica Vicencio, quien es también académico del Departamento de Física de la FCFM de la Universidad de Chile.

Este trabajo es parte de una investigación anterior sobre redes fotónicas, donde surgió la necesidad de estudiar otras configuraciones posibles, para lo cual desarrollaron un análisis numérico con herramientas de programación. El siguiente paso será la comprobación experimental.

Una gran oportunidad

“Es difícil crear las condiciones experimentales para corroborar nuestras predicciones, y en el caso de lograrlo estaríamos en condiciones únicas a nivel mundial para demostrar transporte controlado de luz en cristales fotónicos, con su consecuente posibilidad en aplicaciones fotónicas en Chile”, concluyé el académico.

La conclusiones de esta investigación aparecieron en la última edición de la revista científica Physical Review A, el trabajo fue liderado por el también investigador MIRO y Magíster en Ciencias mención Física, Bastián Real. Para ver el paper origina revisar la siguiente dirección web https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.98.053845

MIRO en el programa Exploradores: del átomo al cosmos

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El programa “Exploradores: del átomo al cosmos” de TVN, construyó tres cápsulas en donde se explica parte del trabajo de investigación desarrollado por el Instituto Milenio MIRO.

Primera cápsula: https://www.youtube.com/watch?v=g04hRzVAXcs

MIRO: La exploración de los cristales líquidos.

Los cristales líquidos son un compuesto tan particular que ha sido definido como un nuevo estado de la materia, pues cuenta con propiedades de los líquidos y los sólidos al mismo tiempo. Su uso se remonta a la Antigüedad; sin embargo, durante las últimas décadas, han ganado mayor relevancia debido a su utilización para hacer pantallas. Esto ha inspirado a los investigadores del Instituto Milenio MIRO a pensar en otras aplicaciones, como las ventanas inteligentes.

Segunda cápsula: https://www.youtube.com/watch?v=VcGdC_yZtpI

MIRO: Luz para comunicarnos.

La luz conduce gran parte de las comunicaciones que realizamos por internet, a través de la fibra óptica. Sin embargo, hay lugares donde las condiciones climáticas o los altos costos de instalación no permiten que esta llegue. Para complementar esta tecnología, investigadores del Instituto Milenio MIRO están estudiando las comunicaciones láser inalámbricas; es decir, el poder mantener la luz como conductor pero sin la necesidad de usar cables.

Tercera cápsula: https://www.youtube.com/watch?v=Ju-PEUj4Auw

MIRO: La seguridad de las comunicaciones cuánticas.

Se espera que, durante las próximas décadas, los computadores cuánticos sean una realidad. Estos tendrán una capacidad de procesamiento muy superior a la que tienen los computadores tradicionales y podrán resolver problemas matemáticos que aún se encuentran sin respuesta. Esto generará importantes avances; sin embargo, también pondrá en jaque los actuales sistemas de comunicaciones. Es por eso que investigadores del Instituto Milenio MIRO están desarrollando sistemas de comunicación cuántica que, al funcionar bajo las mismas leyes físicas que estos nuevos computadores, serían seguras en este escenario.

Físicos chilenos proponen modelo que podría controlar la propagación del fuego

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La investigación fue desarrollada por investigadores la Universidad de Chile y del Instituto Milenio de Óptica MIRO. El trabajo apareció publicado en la última edición de la revista Physical Review E.
Por David Azócar

Predecir cómo se comportan las ondas en el espacio y controlar el poder del fuego son ideas que suenan a película de Hollywood, pero eso podría estar por cambiar… al menos así lo piensan un grupo de investigadores chilenos “en este trabajo estudiamos cómo se comportan las ondas y cuáles podrían ser los mecanismos para controlarlos”, así lo afirma Camila Castillo Pinto, investigadora del Instituto Milenio MIRO.

La importancia de este estudio es que aporta conocimiento fresco sobre cómo controlar e incluso disminuir la velocidad de propagación de una onda, como cuando se propaga el fuego en un incendio. “Si seguimos avanzando en esta línea eventualmente podríamos llegar a controlar la velocidad con la que se produce la combustión, de tal forma que la flama se propague más lento, como un incendio, o más rápido, en el caso de combustión de otro tipo”, agrega la también estudiante del Magíster en Ciencias mención Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile.

El estudio experimental de este fenómeno se realizó en el Laboratorio de Fenómenos Robustos (LAFER) en Óptica del Departamento de Física, de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas en la Universidad de Chile. Las pruebas se hicieron revisando el comportamiento de las ondas en cristales líquidos.

En el futuro, los investigadores buscarán analizar con mayor profundidad los fenómenos de propagación: “nos interesa responder las preguntas del tipo ¿qué pasa si, en vez de usar un forzamiento modulado (como cerros y valles), usamos un forzamiento tipo rampa o un forzamiento que dependa del tiempo? ¿cómo se modifica la velocidad en ese caso? ¿habrá algún tipo de forzamiento espacial que haga que el frente se detenga por completo?”, concluye Castillo.

La investigación fue desarrollada por una serie de investigadores entre los que se encuentran: Marcel Clerc, académico DFI FCFM y Subdirector del Instituto Milenio MIRO; Gregorio González, estudiante del doctorado en ciencias mención Física de la Universidad de Chile; René Rojas, académico de la Universidad Católica de Valparaíso: Karin Alfaro, estudiante del doctorado en Física de la Universidad Católica de Chile y Mario Wilson, investigador de CONACYT-CICESE en México.

Para más información sobre el trabajo científico ingresar a la siguiente dirección web en la revista Physical Review E

Académica e investigadora de MIRO es premiada por concurso PAI-Conicyt

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La profesora Carla Hermann, investigadora del Grupo de Óptica (GO) del Departamento de Física FCFM e investigadora del Instituto Milenio MIRO fue escogida como una de las ganadoras del Programa de Atracción e Inserción de Capital Humano Avanzado (PAI) de Conicyt.

“La Universidad de Chile hizo un llamado interno para las personas que estuviésemos en condiciones de postular al concurso, recibiendo 9 propuestas en total. Como yo cumplía con todos esos requisitos, mandé mi postulación, donde mi proyecto fue uno de los 5 seleccionados, el mío fue evaluado con el puntaje máximo de 5/5”, explica la científica. Lo anterior implica que la académica recibirá 209 millones de pesos para realizar su proyecto de investigación sobre física óptica.

Un proyecto cuántico

El concurso tuvo como objetivo contribuir al fortalecimiento institucional de las universidades chilenas a través de la instalación de investigadores que inician su carrera independiente, donde este año se escogieron 28 investigadores en todo el país, siendo Carla Hermann seleccionada en la posición de ranking 1 según la carta oficial recibida.

De acuerdo a la investigadora “un objetivo fundamental de los protocolos de procesamiento de información, es el control y la manipulación a voluntad de flujos de luz. Sin ir más lejos, son estados clásicos de luz los que hoy en día se utilizan para la transmisión de datos a través de fibras ópticas, codificando la información de manera binaria. Estas fibras son uno de los posibles escenarios en donde la luz puede ser transmitida y manipulada, pero no es el único. Los cristales fotónicos son un conjunto ordenado de fibras ópticas que ofrecen una alternativa ideal para el estudio de la propagación de flujos de luz”.

http://www.dfi.uchile.cl/academica-del-departamento-fisica-premiada-concurso-pai-conicyt/

Estos ganadores del Nobel salvaron de la miopía a millones de personas

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“El trabajo de Ashkin, de 96 años, y su pinza óptica revolucionó la biología porque su luz no destruye moléculas y se puede estudiar células, virus y bacterias sin destruirlas”, resalta del premio Marcel Clerc, subdirector del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO) y académico del departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Agrega que “nos cambió la vida porque se mejoró la biología y se mejoraron los medicamentos porque se entendió de mejor manera a las células y bacterias sin dañarlas”.

http://www.lun.com/Pages/NewsDetail.aspx?dt=2018-10-03&PaginaId=18&bodyid=0&fbclid=IwAR3i9KBZuMBhLvuFIl5a90o-EbMKhB84uNDqK6DxS8GXxx3PZmtNjhuzqX4

¿En qué consisten las dos técnicas del láser que se llevaron el Premio Nobel de Física 2018?

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Pinzas ópticas e intensos pulsos de luz de corta duración, estos son los mecanismos que fueron homenajeados esta mañana y que significó el reconocimiento de la tercera mujer en la historia en esta área de investigación.
La Academia Nobel decidió entregar este martes el Premio Nobel de Física a dos técnicas que utilizan el láser en su desarrollo para crear, por una parte, pinzas ópticas; y por la otra, pulsos muy cortos de luz, pero intensos. Para entender las aplicaciones de estas herramientas el investigador del Instituto Milenio MIRO, Rodrigo Vicencio, explica los detalles de su funcionamiento. El galardón fue otorgado al estadounidense Arthur Ashkin por el hallazgo de las pinzas, y al francés Gerard Mourou y la canadiense Donna Strickland por los pulsos de luz, todo bajo el reconocimiento de “las invenciones revolucionarias en el campo de la física del láser”.
Para Vicencio, quien también es académico asociado en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile, este reconocimiento toma un peso especial, ya que “le demuestra a la gente que es importante invertir en investigación para, a partir de ideas geniales, poder lograr aplicaciones tan importantes”.

https://www.emol.com/noticias/Tecnologia/2018/10/02/922565/En-que-consisten-las-dos-tecnicas-de-laser-que-hoy-se-llevaron-el-Premio-Nobel-de-Fisica.html?error_code=1349187&error_message=Inicio+de+sesi%C3%B3n+no+seguro+bloqueado%3A+No+puedes+obtener+un+token+de+acceso+ni+iniciar+sesi%C3%B3n+en+esta+aplicaci%C3%B3n+desde+una+p%C3%A1gina+no+segura.+Intenta+volver+a+cargar+la+p%C3%A1gina+como+https%3A%2F%2F#_=_

Investigador de MIRO publica review de la utilización del grafeno en celdas solares en revista de alto impacto científico

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El review, que analiza la posibilidad del uso del grafeno en paneles solares más eficientes, fue publicado en colaboración de investigadores internacionales en una revista de alto impacto cientifico (Impact Factor = 25.242).

“El calentamiento global es un problema que debemos abordarlo ahora, la utilizacion de combustibles fosiles, como petróleo, gas natural y carbono para la generacion de energia liberan CO2 que es uno de los principales agentes contaminantes del medio ambiente   Por lo que la utilización de la energía solar como sustituto de estas formas de generar energía se muestra como la mejor solucion ecológica. No obstante lo anterior, las celdas solares que se utilizan hoy en día requieren materiales de escaso y elevado costo de fabricación. Además los electrodos que generalmente se usan como vidrios conductores y platino y tintes de rutenio elevan aún más el costo y dificultan su comercialización a todo público”, así lo explica el Doctor Dinesh Singh, académico del Departamento de Física de la Universidad de Santiago e investigador del Instituto Milenio de Óptica MIRO.

El grafeno (una forma de carbono) por su parte es un material más sencillo de sintetizar y posee excelente propiedades conductoras, lo cual lo posiciona como un material capaz de sustituir los electrodos que hoy se utilizan sin perder eficiencia en los dispositivos. En nuestro laboratorio sintetizamos diferentes formas de grafeno para la utilización en las partes de las celdas solares, hemos confeccionado dispositivos con buenos resultados demostrando que la utilizacion del mismo y sus derivados pueden ser una buena opción para mantener la eficiencia y reducir sus costos.

En este trabajo se resume y analiza el trabajo de numerosos esfuerzos por lograr fuentes alternativas de energías renovables para reducir la contaminación debido a las emisiones de CO2 y el calentamiento global”, comenta el científico

“Considero que en el futuro si las celdas solares basadas en grafeno son exitosas y baratas, se comercializarán con fines domésticos y vehiculares, lo que aumentará nuestra dependencia energética de fuentes ilimitadas naturales, y más importante, mantendrá a nuestro medio ambiente libre de contaminación”, dice Dinesh.

De esta manera, el científico indica, “Con este review, los investigadores tendrán una visión rápida de las obras realizadas en una de las áreas de investigación más relevantes actualmente”, comenta asegurando que espera que pronto se construyan células solares basadas en grafeno más eficientes, baratas y flexibles, que puedan ser usadas incluso a nivel doméstico y en vehículos”.

El artículo titulado “Recent advances in the synthesis and modification of carbon-based 2D materials for application in energy conversion and storage” (Avances recientes en la síntesis y modificación de materiales 2D basados en carbono para su aplicación en conversión y almacenamiento de energía), fue publicado en la revista científica Progress in Energy and Combustion Science, Science Direct Más información revisa la siguiente dirección web https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128517301612