(Phys.org) —La electrónica del futuro podría usar moléculas para hacer su aritmética. Las diminutas partículas podrían asumir las tareas que actualmente realizan los transistores de silicio, por ejemplo. Investigadores del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck en Berlín han utilizado un nanocable que potencialmente podría conducir corriente entre transistores moleculares o diferentes componentes. La pequeña pista de conducción consta de una estrecha banda de grafeno, que es una tira de una sola capa de carbono. Su siguiente paso fue utilizar un microscopio de efecto túnel para realizar mediciones complicadas y determinar cómo la conductancia de la tira de carbono depende de su longitud y de la energía de los electrones. De este modo, aprendieron más sobre cómo se transporta la carga en forma de electrones a través del nanoalambre y cómo se pueden mejorar las pistas conductoras para posibles aplicaciones en nanoelectrónica.

Un alambre difícilmente puede ser más delgado. Pero las dimensiones récord de los cables de grafeno no solo ofrecen nuevas oportunidades, también enfrentan a los físicos con desafíos. Leonhard Grill y sus colegas del Instituto Fritz Haber de Berlín de la Sociedad Max Planck ahora han asumido estos desafíos. Comenzaron produciendo una estrecha cinta de grafeno, su diseño basado en el trabajo propio y el de otros. Primeramente, vaporizaron fragmentos moleculares de tiras de grafeno sobre una superficie. A las moléculas se les proporcionaron enlaces químicos de modo que inicialmente se combinaron en una cadena larga y finalmente formaron un plano, cinta rígida.

Se necesita un toque delicado para medir la conductancia de los nanocables

Luego, los investigadores del grupo de Leonhard Grill comenzaron su proyecto real:midieron la conductancia de un nanoalambre individual en función de su longitud. "Esto nos permite descubrir cómo funciona el transporte de carga en el nanoalambre de grafeno, "explica Leonhard Grill. Este enfoque principalmente permite a los investigadores averiguar si su nanoalambre es un conductor perfecto cuya conductancia no varía con la longitud, como sería el caso de un nanoalambre metálico. Los investigadores obtuvieron sus hallazgos en un experimento complicado:determinaron el flujo de corriente a través de una cinta de grafeno individual, que conectaba la punta de un microscopio de efecto túnel con una superficie dorada, a diferentes voltajes, eso es energías electrónicas, ya diferentes distancias.

Esto significó que inicialmente tuvieron que levantar el nanoalambre de la superficie. Esto es como levantar un trozo de papel con un dedo mojado, excepto que levantar el nanoalambre requiere un toque infinitamente más delicado. "El cable vuelve a caer fácilmente, particularmente a voltajes más altos entre la punta y la superficie dorada, "explica Matthias Koch, quien realizó los experimentos como parte de su trabajo de doctorado. "Aunque ahora tenemos algunos trucos para sujetar las cintas de grafeno con la punta, todavía necesitamos muchos intentos ".

El borde de la tira de grafeno afecta el transporte de carga.

Las mediciones mostraron que la corriente a través del cable de grafeno no fluía con una resistencia relativamente baja como lo hace a través de un cable de cobre. De lo contrario, los electrones fluían a través del cable por medio de un proceso mecánico cuántico:lo atravesaban por túneles. Solo las partículas cuánticas pueden hacer un túnel, y siempre lo hacen cuando una barrera que no pudieron superar de acuerdo con las leyes de la física clásica ofrece resistencia. Sin embargo, las partículas atraviesan la barrera solo debido a sus propiedades cuánticas. Cuanto mayor sea la distancia que deben superar los electrones, menos llegan al otro lado. "La conductancia en un nanoalambre depende en gran medida de su longitud, "dice Matthias Koch. Además, En general, fluye significativamente menos corriente en el proceso de tunelización que en el transporte de carga en un conductor convencional.

Los científicos también mostraron por primera vez cómo el transporte de carga depende de la energía de los electrones. Si seleccionan la energía de los electrones para que coincida con la energía de los orbitales moleculares, el transporte de carga mejora inmediatamente. Los orbitales son los espacios en átomos y moléculas cuyos electrones, cada uno con una energía definida con precisión, ocupar. "Los orbitales moleculares sirven como canales que se extienden por toda la molécula y permiten un transporte de carga eficiente, "dice Leonhard Grill." Si estamos fuera de estos canales, enérgicamente hablando, entonces el transporte de carga se restringe drásticamente ". Este comportamiento se sospecha desde hace algún tiempo, pero los investigadores de Berlín ahora lo han demostrado en una molécula individual por primera vez.

Las cintas de grafeno son, por tanto, interesantes objetos de investigación para los físicos, pero todavía no son muy adecuados para aplicaciones en nanoelectrónica. Sin embargo, otro hallazgo de sus experimentos apunta a los investigadores de Berlín en la dirección de un nanoalambre perfecto:la naturaleza del transporte de electrones depende de cómo se forme el borde de la tira. Los científicos diferencian entre un zigzag y una estructura de sillón. Con la estructura del sillón, los átomos de carbono están dispuestos de tal manera que su silueta se asemeja a una fila de asientos y apoyabrazos. mientras que con el patrón en zigzag siguen un simple arriba y abajo.

La conductancia cambia si el cable está doblado.

Para que un nanoalambre de este tipo muestre realmente una conductancia perfecta, independientemente de la longitud molecular, los científicos del Instituto Fritz Haber también deben cambiar su experimento. Cuando la punta del microscopio de efecto túnel levanta la cinta de grafeno de la superficie dorada, la tira se dobla ligeramente. Esto cambia sus características electrónicas, así como el agua fluye a través del lecho de un río recto sin obstrucciones, sin embargo, experimenta fuertes turbulencias en curvas estrechas. "Hemos visto indicios de que podemos observar una conductancia excepcional en una cinta de grafeno que no está doblada, "dice Leonhard Grill.

Por lo tanto, los físicos ahora quieren diseñar experimentos que permitan mediciones de conductancia con nanocables rectos. La simple medición de una cinta de grafeno colocada sobre una superficie nivelada no producirá instantáneamente el resultado deseado. "En una configuración experimental como esta, la conductancia de la tira de carbono está influenciada por la superficie sobre la que se encuentra, "explica Leonhard Grill. Por lo tanto, su grupo está buscando formas de evitar estas interacciones. Además, los científicos de Berlín quieren investigar cables moleculares con diferentes estructuras y composiciones, siempre con el fin de conseguir que las moléculas hagan la aritmética, como explica Leonhard Grill:"El objetivo de nuestro trabajo es obtener una visión fundamental de los procesos físicos en dichos sistemas para eventualmente no solo encontrar el nanoalambre perfecto, sino también diseñar más componentes electrónicos a partir de moléculas individuales ".