Los nanotubos de carbono se pueden utilizar para fabricar dispositivos electrónicos muy pequeños, pero son difíciles de manejar. Científicos de la Universidad de Groningen, junto con colegas de la Universidad de Wuppertal e IBM Zurich, han desarrollado un método para seleccionar nanotubos semiconductores de una solución y hacerlos autoensamblados en un circuito de electrodos de oro. Los resultados fueron publicados en la revista Materiales avanzados el 5 de abril.

Los resultados parecen engañosamente simples:un transistor autoensamblado con casi un 100 por ciento de pureza y una movilidad de electrones muy alta. Pero tomó diez años llegar allí. La profesora de fotofísica y optoelectrónica de la Universidad de Groningen, Maria Antonietta Loi, diseñó polímeros que se envuelven alrededor de nanotubos de carbono específicos en una solución de tubos mixtos. Las cadenas laterales de tiol en el polímero unen los tubos a los electrodos de oro, creando el transistor resultante.

Patentar

'En nuestro trabajo anterior, aprendimos mucho sobre cómo los polímeros se adhieren a nanotubos de carbono específicos ', Loi explica. Estos nanotubos se pueden representar como una hoja enrollada de grafeno, la forma bidimensional del carbono. 'Dependiendo de la forma en que se enrollen las hojas, tienen propiedades que van desde semiconductores hasta semimetálicos y metálicos ». Solo los tubos semiconductores se pueden utilizar para fabricar transistores, pero el proceso de producción siempre resulta en una mezcla.

'Tuvimos la idea de usar polímeros con cadenas laterales de tiol hace un tiempo', dice Loi. La idea era que a medida que el azufre se une a los metales, dirigirá los nanotubos envueltos en polímero hacia los electrodos de oro. Mientras Loi estaba trabajando en el problema, IBM incluso patentó el concepto. Pero hubo un gran problema en el trabajo de IBM:los polímeros con tioles también se adhirieron a nanotubos metálicos y los incluyeron en los transistores, que los arruinó.

Solución

La solución de Loi fue reducir el contenido de tiol de los polímeros, con la ayuda de químicos de polímeros de la Universidad de Wuppertal. 'Lo que hemos demostrado ahora es que este concepto de ensamblaje ascendente funciona:mediante el uso de polímeros con una baja concentración de tioles, podemos llevar selectivamente nanotubos semiconductores de una solución a un circuito ”. El vínculo azufre-oro es fuerte, por lo que los nanotubos están firmemente fijados:lo suficiente incluso para permanecer allí después de la sonicación del transistor en solventes orgánicos.

El proceso de producción es simple:los patrones metálicos se depositan en un soporte, que luego se sumerge en una solución de nanotubos de carbono. Los electrodos están espaciados para lograr una alineación adecuada:'Los tubos tienen unos 500 nanómetros de largo, y colocamos los electrodos para los transistores a intervalos de 300 nanómetros. El próximo transistor está a más de 500 nanómetros de distancia. El espaciado limita la densidad de los transistores, pero Loi confía en que esto podría aumentarse con una ingeniería inteligente.

'Durante los últimos años, hemos creado una biblioteca de polímeros que seleccionan nanotubos semiconductores y hemos desarrollado una mejor comprensión de cómo la estructura y composición de los polímeros influye en los nanotubos de carbono que seleccionan ', dice Loi. El resultado es un método de producción económico y escalable para la electrónica de nanotubos. Entonces, ¿cuál es el futuro de esta tecnología? Loi:'Es difícil predecir si la industria desarrollará esta idea, pero estamos trabajando en mejoras y esto finalmente acercará la idea al mercado ”.