(PhysOrg.com) - Los investigadores han superado un obstáculo importante en los esfuerzos por utilizar estructuras diminutas llamadas nanotubos de carbono para crear una nueva clase de electrónica que sería más rápida y más pequeña que los transistores convencionales basados ​​en silicio.

Nanotubos de carbon, que fueron descubiertos a principios de la década de 1990, podría hacer posible más poderoso, ordenadores compactos y energéticamente eficientes, así como "nanocables" ultrafinos para circuitos electrónicos. Los nanotubos podrían ser ideales para la electrónica del futuro porque conducen la electricidad de manera más eficiente que cualquier otro metal. pero su aplicación práctica requiere que se fabriquen según normas específicas.

Ahora los científicos de la División de Ciencia de Materiales del Honda Research Institute USA Inc., La Universidad Purdue y la Universidad de Louisville han aprendido a controlar la formación de nanotubos de carbono para que tengan propiedades metálicas o semiconductoras.

"Este problema de cómo controlar si se tiene un metal o un semiconductor es el escollo clave para hacer transistores con nanotubos de carbono, "dijo Eric Stach, profesor asociado de ingeniería de materiales en Purdue. "La electrónica de estado sólido se basa en el hecho de que se pueden controlar las propiedades semiconductoras del silicio".

Los hallazgos se detallarán en un artículo de investigación que aparecerá el viernes (2 de octubre) en la revista. Ciencias . La investigación está dirigida por Avetik Harutyunyan, científico principal del Honda Research Institute USA Inc. en Columbus, Ohio.

"Este es el primer informe que muestra que podemos controlar de manera bastante sistemática si los nanotubos de carbono son metálicos o semiconductores, ", Dijo Harutyunyan." Tenemos una tasa de éxito del 91 por ciento en la producción de nanotubos metálicos ".

Los transistores basados ​​en silicio controlan el flujo de electrones mediante el uso de combinaciones específicas de metales y semiconductores. Los investigadores están trabajando para aprender a controlar con precisión las propiedades de los nanotubos de carbono para que puedan usarse como semiconductores y componentes metálicos de transistores.

"Generalmente, el carbono no es un metal, pero los nanotubos de carbono con una configuración particular son, "Dijo Stach.

Semiconductores, como el silicio, a veces se comportan como conductores y a veces como aislantes, mientras que los metales siempre se comportan como conductores. Los investigadores saben desde hace varios años que los nanotubos de carbono se forman aleatoriamente, de modo que a veces son metálicos y a veces semiconductores. pero hasta ahora no han sabido las razones precisas del por qué.

Los nanotubos de carbono se pueden visualizar como láminas de átomos de carbono de una capa de espesor y enrolladas en tubos. Al igual que el paso de un tornillo, pueden tener una configuración diferente dependiendo de cómo se enrollen, y esta configuración determina si se comportan como un metal o un semiconductor.

Los nanotubos se "cultivan" en una cámara de vacío al exponer partículas de hierro al gas metano. El gas contiene carbono e hidrógeno, y las partículas de hierro actúan como catalizador para liberar carbono del gas. Las partículas se calientan a unos 800 grados Celsius, o más de 1, 400 grados Fahrenheit. Con una exposición creciente, el hierro eventualmente contiene demasiado carbono y se vuelve "sobresaturado". Como resultado, el carbono precipita como un sólido, haciendo que el nanotubo comience a formarse.

Los investigadores de Honda descubrieron recientemente que podían controlar si los nanotubos de carbono se convierten en metales o semiconductores utilizando argón o helio como "gases portadores" para ayudar a que el metano fluya hacia la cámara en presencia de agua.

Los investigadores de Louisville utilizaron la técnica para producir grandes cantidades de nanotubos y realizaron cuidadosas mediciones eléctricas para confirmar si los nanotubos eran metálicos o semiconductores.

Los investigadores de Purdue tomaron imágenes de alta resolución utilizando un instrumento llamado microscopio electrónico de transmisión para determinar por qué funciona el proceso.

"El instrumento le permite tomar imágenes mientras se forman los nanotubos, Stach dijo:"Podemos ver la estructura atómica de los materiales y al mismo tiempo observar cómo los afecta el medio ambiente".

La parte de Purdue de la investigación se basa en el Centro de Nanotecnología Birck en Discovery Park de la universidad.

"Estos hallazgos proporcionan una ventana a la íntima relación entre la estructura atómica de la nanopartícula del catalizador y el nanotubo de carbono que crece a partir de esa nanopartícula del catalizador, "dijo Timothy D. Sands, Mary Jo y Robert L. Kirk, Director del Centro de Nanotecnología Birck. "Los resultados también muestran que la estructura atómica de la nanopartícula del catalizador puede ser controlada por el gas portador ambiental, un vínculo que puede representar el primer paso hacia una solución a uno de los desafíos más irritantes de la nanotecnología ".

Los investigadores de Purdue descubrieron que si se usa helio en lugar de argón, las partículas de hierro tienen un tamaño y una forma específicos y también tienen facetas pronunciadas, pero las facetas disminuyen y el tamaño de las partículas varía cuando se usa argón.

"Las facetas se forman casi en ángulos rectos, pero cuando cambia de helio a argón, esas facetas se redondean, "Dijo Stach." El helio y la presencia de estas fuertes facetas, junto con el tamaño de las partículas de hierro, parece ser lo que permite la creación de los nanotubos metálicos.

"Nuestros resultados indican que es posible que pueda controlar el tamaño y la forma del catalizador lo suficiente como para controlar la estructura y, por lo tanto, la conductividad de los nanotubos. Es la primera demostración de una relación determinista entre el estado del catalizador y la estructura de nanotubos resultante. "

Los investigadores no están seguros de qué papel juega el agua en el proceso.

"El agua puede promover la formación de las facetas, y el argón podría de alguna manera evitar que el agua lo haga, pero se necesita más investigación para determinar esto, "Dijo Stach.

El trabajo está en curso y está financiado por Honda.

Fuente:Universidad de Purdue (noticias:web)