{"id":431,"date":"2012-05-04T21:58:46","date_gmt":"2012-05-04T20:58:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/?p=431"},"modified":"2012-05-25T22:26:58","modified_gmt":"2012-05-25T21:26:58","slug":"nanotecnologia-4-la-doble-personalidad-electronica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/2012\/05\/04\/431\/","title":{"rendered":"Nanotecnolog\u00eda (4): doble personalidad electr\u00f3nica"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: center;\"><strong><a title=\"Manuel Elices, UPM\" href=\"http:\/\/www.mater.upm.es\/Directorio\/PDI\/CU\/elices.asp\" target=\"_blank\">Manuel Elices Calafat<\/a><\/strong> (Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid; Real Academia de Ciencias Exactas, F\u00edsicas y Naturales; National Academy of Engineering USA)<\/p>\n<p>Se han hecho predicciones muy interesantes sobre el comportamiento electr\u00f3nico, magn\u00e9tico y t\u00e9rmico de los nanotubos de carbono, basadas en su peque\u00f1o tama\u00f1o \u2014con di\u00e1metros de unos pocos nm los efectos cu\u00e1nticos ya empiezan a notarse\u2014 y en sus curiosas simetr\u00edas.<\/p>\n<p>Apenas descubiertos, grupos de investigadores en distintas universidades realizaron c\u00e1lculos demostrando que los nanotubos ten\u00edan una doble personalidad electr\u00f3nica \u2014pod\u00edan comportarse como metales o como semiconductores\u2014 seg\u00fan su estructura y di\u00e1metro y dejaron entrever la posibilidad de utilizar los nanotubos como componentes l\u00f3gicos. Otros investigadores indicaron que los nanotubos podr\u00edan exhibir comportamientos cu\u00e1nticos ex\u00f3ticos en presencia de campos magn\u00e9ticos, como el efecto Bohm-Aharomov. En los primeros a\u00f1os result\u00f3 dif\u00edcil comprobar experimentalmente las predicciones te\u00f3ricas porque las muestras eran muy peque\u00f1as y conten\u00edan diversos tipos de nanotubos. Estas dificultades se han superado y la experimentaci\u00f3n con nanotubos es un \u00e1rea de mucha actividad; ya se hacen experimentos con un solo nanotubo y se han construido dispositivos electr\u00f3nicos basados en nanotubos.<\/p>\n<p>Las primeras medidas de conductividad el\u00e9ctrica se efectuaron con nanotubos de varias capas y mostraron que la resistividad variaba mucho de un nanotubo a otro, confirmando las predicciones te\u00f3ricas de que las propiedades electr\u00f3nicas depend\u00edan de la estructura de los nanotubos. Cuando se hicieron medidas con nanotubos de una sola capa \u2014mediante una combinaci\u00f3n de microscop\u00eda y espectroscop\u00eda de efecto t\u00fanel\u2014 se pudo comprobar directamente las relaciones entre la estructura y el comportamiento electr\u00f3nico (<span style=\"color: #3366ff;\">Wild\u00f6er J.W.G. <em>et al<\/em>. (1998) Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes. <em>Nature<\/em> <strong>391<\/strong>, 59-62; Odom T.W. <em>et al<\/em>. (1998) Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes. <em>Nature<\/em> <strong>391<\/strong>, 62-64<\/span>).<\/p>\n<p>La experimentaci\u00f3n ha sido m\u00e1s f\u00e1cil con los nanotubos m\u00e1s abundantes; los quirales o retorcidos. De entre todas las geometr\u00edas posibles, s\u00f3lo un tercio de ellas combina el di\u00e1metro correcto y el correspondiente grado de torsi\u00f3n para ser conductores. Los dos tercios restantes son semiconductores; existe un <em>gap<\/em> energ\u00e9tico, <em>E<sub>g<\/sub><\/em>, en su estructura electr\u00f3nica (como ya se coment\u00f3 al citar los puntos cu\u00e1nticos). Eso significa que necesitan una aportaci\u00f3n adicional de energ\u00eda \u2014en forma de luz o de un voltaje\u2014 para que fluya la corriente. Esta energ\u00eda\u00a0<em>E<sub>g<\/sub><\/em> es funci\u00f3n de la geometr\u00eda del nanotubo. Variando el di\u00e1metro de estos nanotubos se puede variar <em>E<sub>g<\/sub><\/em>. Ning\u00fan otro material conocido puede afinarse con tanta precisi\u00f3n, propiedad que los hace muy atractivos para la industria electr\u00f3nica. Las dificultades\u00a0 surgen\u00a0 a\u00a0 la hora de fabricar de forma controlada nanotubos con una geometr\u00eda predeterminada.<\/p>\n<p>Ya se han construido transistores de efecto campo a partir de nanotubos de carbono (<span style=\"color: #3366ff;\">Tans S.J., Verschueren A.R., Dekker C. (1998) Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube. <em>Nature<\/em> <strong>393<\/strong>, 49-52<\/span>). En esencia, consisten en un nanotubo semiconductor con dos electrodos \u2014uno en cada extremo para crear un canal por donde circulan los electrones\u2014 y un electrodo intermedio al que se le aplica un voltaje para activar o desactivar la corriente que fluye por el nanotubo. Este dispositivo funciona a temperatura ambiente con caracter\u00edsticas electr\u00f3nicas similares a los transistores comerciales de silicio y tiene la ventaja \u2014por su peque\u00f1o tama\u00f1o\u2014 que consume menos energ\u00eda. Estos conmutadores podr\u00edan trabajar mil veces m\u00e1s deprisa que los procesadores actuales.<\/p>\n<p>En teor\u00eda se podr\u00e1n fabricar diodos emisores de luz y l\u00e1seres nanosc\u00f3picos a partir de nanotubos. Tambi\u00e9n se podr\u00e1n utilizar, con ventaja, como nanoconductores por su gran capacidad de transporte de corriente (estimada en 1000 millones de amperios\/cm<sup>2<\/sup>, cuando los hilos de cobre se funden con un mill\u00f3n de amperios\/cm<sup>2<\/sup>) y su enorme conductividad calor\u00edfica (alrededor de 6000 W\/mK, frente al diamante, considerado uno de los mejores conductores, con 3320 W\/mK).<\/p>\n<p>Por \u00faltimo se ha descubierto que los nanotubos de carbono tambi\u00e9n son superconductores (<span style=\"color: #3366ff;\">Tang Z.K. <em>et al<\/em>. (2001) Superconductivity in 4 angstrom single-walled carbon nanotubes. <em>Science<\/em> <strong>292<\/strong>, 2462-2465<\/span>). Los superconductores son materiales que pierden la resistencia cl\u00e1sica al paso de corriente por debajo de una cierta temperatura, llamada temperatura de transici\u00f3n o cr\u00edtica. Por el momento, la temperatura de transici\u00f3n m\u00e1s alta registrada en nanotubos de carbono es de 15 K, demasiado baja para buscar aplicaciones pr\u00e1cticas, pero este descubrimiento dispar\u00f3 la carrera en busca de nanotubos de carbono superconductores a temperaturas m\u00e1s altas.<\/p>\n<p>Estos interesantes resultados han fomentado muchas esperanzas en los nanotubos de carbono como componentes b\u00e1sicos de la <em>nanoelectr\u00f3nica<\/em>. No cabe duda de que har\u00e1n falta nuevas ideas si se quiere mantener el ritmo de miniaturizaci\u00f3n de las \u00faltimas cuatro d\u00e9cadas. Es posible miniaturizar un poco m\u00e1s los chips comerciales \u00a0y llegar hasta detalles de 100 nm pero, dif\u00edcilmente, se podr\u00e1 ir m\u00e1s all\u00e1 usando la fotolitograf\u00eda convencional. Cuando se llega a estas dimensiones conviene considerar las t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n que van de abajo hacia arriba (<em>bottom-up<\/em>) \u2014ensamblando \u00e1tomos o mol\u00e9culas\u2014 en vez de apurar los procedimientos convencionales de miniaturizaci\u00f3n (<em>top-down<\/em>). Sin embargo, para fabricar un dispositivo que sea \u00fatil hace falta posicionar sobre un sustrato numerosos nanotubos con precisi\u00f3n casi at\u00f3mica. La fabricaci\u00f3n de estos nanomateriales es uno de los grandes desafios que tiene la nanot\u00e9cnica y se comentar\u00e1 en la pr\u00f3xima entrada del blog.<\/p>\n<p>Los nanotubos de carbono ofrecen oportunidades muy interesantes adem\u00e1s de las electr\u00f3nicas, porque son robustos y qu\u00edmicamente poco reactivos. El mundo de los nanotubos no se limita a los nanotubos de carbono, otros materiales capaces de formar l\u00e1minas \u2014como el nitruro de boro, compuestos de boro, carbono y nitr\u00f3geno, y el sulfuro de molibdeno\u2014 tambi\u00e9n pueden formar nanotubos y, a partir de ellos, se pueden fabricar nanotubos compuestos (<span style=\"color: #3366ff;\">Rubio A. (1997) Nanocomposite tubules: A new class of materials from theory. <em>Condensed Matter News<\/em> <strong>6<\/strong>, 6-18.<\/span>) encapsulando en su interior otros materiales \u2014como el galio, en el nanoterm\u00f3metro comentado al comienzo de este apartado\u2014. Las posibles aplicaciones tecnol\u00f3gicas de los nanotubos son ilimitadas.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Manuel Elices Calafat (Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid; Real Academia de Ciencias Exactas, F\u00edsicas y Naturales; National Academy of Engineering USA) Se han hecho predicciones muy interesantes sobre el comportamiento electr\u00f3nico, magn\u00e9tico y t\u00e9rmico de los nanotubos de carbono, basadas en su peque\u00f1o tama\u00f1o \u2014con di\u00e1metros de unos pocos nm los efectos cu\u00e1nticos ya empiezan a notarse\u2014 y en sus curiosas simetr\u00edas. 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