Un grupo de investigadores de Rusia, Bielorrusia y España, incluido el profesor del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Yury Lozovik, han desarrollado un sensor de fuerza microscópico basado en nanotubos de carbono. El dispositivo se describe en un artículo publicado en la revista Ciencia de los materiales computacionales y también está disponible como preimpresión.

Los científicos propusieron utilizar dos nanotubos, uno de los cuales es un cilindro largo con paredes dobles de un átomo de espesor. Estos tubos se colocan de manera que sus extremos abiertos estén opuestos entre sí. Luego se les aplica voltaje, y una corriente de aproximadamente 10 nA fluye a través del circuito.

Las paredes de los tubos de carbono son buenos conductores, y a lo largo del espacio entre los extremos de los nanotubos la corriente fluye gracias al efecto túnel, que es un fenómeno cuántico en el que los electrones atraviesan una barrera que se considera insuperable en la mecánica clásica.

Esta corriente se llama corriente de túnel y se usa ampliamente en la práctica. Existen, por ejemplo, diodos de túnel, donde la corriente fluye a través de la barrera de potencial de la unión p-n.

Otro ejemplo es un microscopio de efecto túnel (STM), en el que se escanea la superficie de una muestra con una aguja muy afilada bajo voltaje. La aguja se desliza por la superficie, y la magnitud de la corriente que fluye a través de él muestra la distancia a la muestra con tal precisión que el STM puede detectar protuberancias de un átomo de altura.

Los autores del artículo utilizaron la relación entre la corriente de túnel y la distancia entre los extremos de los nanotubos para determinar la posición relativa de los nanotubos de carbono y así encontrar la magnitud de la fuerza externa ejercida sobre ellos.

El nuevo sensor permite controlar con bastante precisión la posición de los cilindros coaxiales en nanotubos de dos capas. Como resultado, es posible determinar el estiramiento de un objeto de escala n, a los que están conectados los electrodos. Los cálculos realizados por los investigadores mostraron la posibilidad de registrar fuerzas de unas pocas décimas de nN (10-10newtons). Para hacerlo más claro una sola bacteria pesa alrededor de 10-14 newtons en promedio, y un mosquito pesa unas pocas docenas de mcN (10-5 N). el dispositivo desarrollado por los físicos puede encontrar una aplicación más allá de las microescalas.

Un nanotubo coaxial de doble capa es similar a un cilindro microscópico con un pistón deslizante. Este sistema ya ha sido considerado por otros investigadores como una parte potencial para varios tipos de nanomáquinas. Se han propuesto nanotubos para el papel de micromanipuladores, o conectar "pernos" para mecanismos complejos, e incluso se pueden utilizar para el almacenamiento de datos; la posición del "pistón" interno puede codificar un bit de información o más.

Es más, Los cálculos han demostrado que es posible crear un dispositivo combinado, donde dentro de un nanotubo de carbono de dos capas habrá fullerenos magnéticos. Cuando se coloca en un campo magnético, un poder emergerá, que podría medirse por cambios en la magnitud de la corriente de túnel. Esto convertirá el sensor de fuerza en un sensor de campo magnético.