Ordenadores que caben en nuestros bolsillos, pantallas de televisión no más gruesas que una puerta, y coches solo un poco más grandes que sus pasajeros, la tecnología es cada vez más pequeña. Una de las principales razones de esta miniaturización es el desarrollo de resonadores de tamaño nanométrico, que convierten pequeños niveles de energía eléctrica en oscilaciones mecánicas a altas frecuencias.

"Los resonadores nanoelectromecánicos se utilizan en todo tipo de tecnología moderna. Es posible que no los vea, pero se pueden encontrar en robótica, herramientas médicas y sensores ambientales, "dice el profesor Hidezaku Tanaka de la Universidad de Osaka, que está desarrollando nuevas nanotecnologías.

A principios de este año, Tanaka y su equipo de investigación informaron sobre un nanocable independiente que podría reducir las demandas de energía de los nano-resonadores en un factor de cien.

"Los metales de transición se someten a una transición de aislante a metal. Hicimos nanocables independientes hechos de dióxido de vanadio (VO2) que tenían un alto rendimiento a baja potencia".

La transición de fase puede ocurrir inyectando energía eléctrica en los cristales de VO2. Debido a que la respuesta mecánica a la potencia no es lineal, Tanaka demostró que se podrían utilizar niveles bajos de potencia sin precedentes para generar una respuesta mecánica desproporcionadamente fuerte. Tanaka descubrió que el carácter independiente del cable es clave, de lo contrario, la no linealidad y, por tanto, la eficiencia energética fue mucho menor.

"Construir el nanocable independiente no fue fácil. Los óxidos metálicos son muy rígidos y quebradizos. Podríamos fabricar los nanocables haciéndolos crecer sobre óxido de magnesio (MgO) y luego grabando la capa de MgO".

En su última publicación, el equipo de colaboración del grupo Tanaka, El grupo del profesor Daniele Marré en Italia y el Dr. Nicola Manca en el grupo de los Países Bajos para determinar cuán simple podría ser la construcción de nano-resonadores usando sus nanocables independientes VO2. Debido a las propiedades electromecánicas de los cristales de VO2 y su diseño independiente, los nanocables podrían generar oscilaciones mecánicas a frecuencias de MHz utilizando nada más que una simple fuente de alimentación de CC. Esta conversión eficiente de energía eléctrica en trabajo mecánico reduce la necesidad de dispositivos electrónicos dedicados, permitiendo así la creación de sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) aún más pequeños que los que se utilizan actualmente.

Los nanocables dependen de las oscilaciones espontáneas de la señal eléctrica provocadas por las transiciones de fase en el VO2. Estas oscilaciones eléctricas hacen que los nanocables de VO2 también oscilen, pero el acoplamiento electromecánico no lineal significa que esa energía en la nanoescala puede generar oscilaciones de VO2 en frecuencias de MHz. El equipo mostró que la energía adicional para las oscilaciones de los cristales viene en forma de calor causado por la energía eléctrica.

"Configuramos nuestro diseño de modo que un efecto Joule se localizara en un espacio de VO2 expuesto. Descubrimos que la fuente de energía para la respuesta mecánica está dominada por disipaciones térmicas y no por energía eléctrica". "dijo Tanaka.

El diseño de un NEMS que explote de manera eficiente el calor generado por las transiciones de fase brinda un nuevo paradigma para las tecnologías de eficiencia energética.

"Nuestro sistema es simple y escalable. Abre la posibilidad de realizar NEMS que tienen conmutación rápida y funcionan con una fuente de alimentación de CC".