Ingeniería

Usar un haz de electrones para descifrar los secretos de un interruptor atómico

(NC&T) "Todavía pertenece al futuro hablar sobre un interruptor atómico real, pero estamos logrando acercarnos", afirma el físico Joseph Stroscio, autor principal de la investigación, desarrollada en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

Además, aplicando los resultados del estudio a la fabricación a escala nanométrica de semiconductores y películas delgadas aislantes, puede ser posible desarrollar nuevas clases de dispositivos electrónicos y magnéticos construyéndolos átomo por átomo.

Los físicos del NIST usaron un microscopio STM criogénico, construido especialmente para este trabajo, que proporciona un voltaje y un haz de electrones en su punta, comparable a una aguja, para realizar varios tipos diferentes de mediciones y manipulaciones a escala atómica. Los teóricos del NIST realizaron cálculos de la estructura electrónica de los átomos que confirmaron los resultados experimentales.

Se construyó átomo por átomo una cadena molecular de un átomo de cobalto y varios de cobre sobre una superficie de átomos también de cobre usando el STM en el modo de manipulación de átomos. Luego se usó el STM para disparar electrones a la cadena molecular y se midió su efecto en el movimiento de conmutación del átomo de cobalto.

Interruptor atómico
Los investigadores del NIST usaron un microscopio STM para mover un átomo de cobalto -esfera azul-, en una molécula pequeña, entre dos posiciones sobre una superficie cristalina. (Foto: J.A. Stroscio, J.N. Crain, y R.J. Celotta, NIST)
Además, el equipo usó una técnica especial para determinar cuánto tiempo permanece el átomo en un lugar.

Los científicos analizaron qué efectos tenían en la tasa de conmutación del átomo los cambios que se aplicaban al voltaje del STM y a la corriente entre la punta del STM y la superficie. Por encima de un umbral de voltaje de aproximadamente entre 15 y 20 milivoltios, la probabilidad de conmutación por electrón es constante, lo que significa que los electrones contienen suficiente energía para mover al átomo de cobalto. Las corrientes eléctricas superiores producen estos cambios más rápido.

Los datos sugieren que un solo electrón estimula a la molécula por encima de un nivel crítico de energía, permitiendo que se rompa un enlace clave para que el átomo de cobalto pueda cambiar de posición. En los experimentos se comprobó que era menos probable que el átomo de cobalto cambiara de posición si la cadena molecular se extendía en longitud de dos a cinco átomos de cobre, demostrando ello que la dinámica de desplazamiento del átomo puede ajustarse por medio de los cambios en la arquitectura molecular.

Los investigadores también encontraron que la posición de la punta del STM es crítica. La conmutación es más probable cuando la punta del STM se posiciona a la izquierda del átomo de cobalto.


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