Identifican nanoconexiones para avanzar en la nueva electrónica del carbono

Las nanoestructuras basadas en carbono ofrecen propiedades nanomecánicas y nanoelectrónicas únicas en cualquiera de sus formas, como nanotubos, láminas de grafeno y nanocintas. Estos materiales ordenados en la nanoescala, es decir, en la dimensión de una millonésima de milimetro, son firmes candidatos para formar la base de muchos nanodispositivos, con posibles aplicaciones en los campos de la conversión de energía y los transistores nanoelectrónicos.

Para el buen funcionamiento de estos nanodispositivos, una buena conexión con el cableado eléctrico es crucial, y es en este aspecto donde investigadores del Centro de Física de Materiales (Universidad del País Vasco-CSIC), el Donostia International Physics Center (DIPC) y el Instituto de Física y Química de los Materiales de Estrasburgo (CNRS) han hecho avances de gran envergadura al estudiar el contacto de estos nanodispositivos de carbono con átomos de diferente composición química.

Las propiedades de las nanoconexiones son análogas a las de materiales de carbono mucho más grandes

La composición química del cableado eléctrico es de vital importancia ya que afecta tanto las propiedades eléctricas como la geometría de contacto con la nanoestructura de carbono. La influencia de estos dos factores en las propiedades de transporte eléctrico se combinan, y en el estudio se han analizado estos dos parámetros en contactos reducidos al límite atómico ya que en el caso de grandes estructuras es difícil separar su contribución individual.

En el marco de una estrecha colaboración, los investigadores se valieron de una molécula de carbono compuesta por 60 átomos que puede entenderse como una lámina de grafeno envuelta en una diminuta esfera. El grupo experimental liderado por Guillaume Schull en Estrasburgo, fijó esta molécula a la punta de la sonda de un microscopio de efecto túnel, una especie de alfiler extremadamente fino.

Posteriormente, ese alfiler acabado en una molécula de carbono se aproximó con extremada precisión a diferentes átomos hasta crear una conexión robusta. Midiendo sistemáticamente la corriente eléctrica a través de la conexión, los investigadores pudieron deducir cuál de estos átomos metálicos inyecta con mayor eficiencia la corriente eléctrica a la molécula de carbono.

Las simulaciones a gran escala realizadas en San Sebastián por el grupo teórico liderado por Thomas Frederiksen, Ikerbasque Research Professor en el DIPC, revelaron un aspecto inesperado de estas conexiones diminutas: sus propiedades eléctricas y mecánicas son análogas a las de materiales de carbono de tamaño mucho más grandes.

Estos resultados, publicados en la revista Nature Communications, marcan un precedente y asientan las bases para encontrar conexiones extremamente eficientes en un futuro próximo. Según los investigadores, el hallazgo hará posible el estudio de una gran cantidad de metales (así como de aleaciones compuestas por dos o tres átomos metálicos diferentes) permitiendo la clasificación sistemática de su capacidad para inyectar electrones en estos dispositivos electrónicos emergentes basados en carbono. 

Referencia bibliográfica:

T. Frederiksen, G. Foti, F. Scheurer, V. Speisser, & G. Schul. «Chemical control of electrical contact to sp2 carbon atoms». Nature Communications (2014). DOI: 10.1038/ncomms4659. (Artículo con acceso abierto)

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