Los nanotubos de carbono destinados a la electrónica no solo deben ser lo más limpios posible para maximizar su utilidad en los dispositivos a nanoescala de próxima generación, pero los efectos de contacto pueden limitar lo pequeño que puede ser un nanodispositivo, según investigadores del Energy Safety Research Institute (ESRI) de la Universidad de Swansea en colaboración con investigadores de la Universidad de Rice.

Andrew Barron, director de ESRI, también profesor en Rice University en los EE. UU., y su equipo ha descubierto cómo limpiar los nanotubos lo suficiente para obtener mediciones electrónicas reproducibles y, en el proceso, no solo explicó por qué las propiedades eléctricas de los nanotubos han sido históricamente tan difíciles de medir de manera consistente, pero han demostrado que puede haber un límite en la forma en que los futuros dispositivos electrónicos "nano" pueden utilizar nanotubos de carbono.

Como cualquier cable normal, Los nanotubos semiconductores son cada vez más resistentes a la corriente a lo largo de su longitud. Pero las mediciones de conductividad de los nanotubos a lo largo de los años han sido todo menos consistentes. El equipo de ESRI quería saber por qué.

"Estamos interesados ​​en la creación de conductores basados ​​en nanotubos, y aunque la gente ha podido hacer cables, su conducción no ha cumplido con las expectativas. Estábamos interesados ​​en determinar el candelabro básico detrás de la variabilidad observada por otros investigadores ".

Descubrieron que los contaminantes difíciles de eliminar, el catalizador de hierro sobrante, carbono y agua:fácilmente podrían distorsionar los resultados de las pruebas de conductividad. Quemándolos Barron dijo, crea nuevas posibilidades para los nanotubos de carbono en la electrónica a nanoescala.

El nuevo estudio aparece en la revista American Chemical Society Nano letras .

Los investigadores primero fabricaron nanotubos de carbono de paredes múltiples de entre 40 y 200 nanómetros de diámetro y hasta 30 micrones de largo. Luego, calentaron los nanotubos al vacío o los bombardearon con iones de argón para limpiar sus superficies.

Probaron nanotubos individuales de la misma manera que se probaría cualquier conductor eléctrico:tocándolos con dos sondas para ver cuánta corriente pasa a través del material de una punta a la otra. En este caso, sus sondas de tungsteno se conectaron a un microscopio de efecto túnel.

En nanotubos limpios, la resistencia se hizo progresivamente más fuerte a medida que aumentaba la distancia, como debería. Pero los resultados se desviaron cuando las sondas encontraron contaminantes en la superficie, lo que aumentó la intensidad del campo eléctrico en la punta. Y cuando las mediciones se tomaron con una diferencia de 4 micrones entre sí, regiones de conductividad reducida causada por contaminantes superpuestos, codificando aún más los resultados.

"Creemos que esta es la razón por la que hay tanta incoherencia en la literatura, "Dijo Barron.

"Si los nanotubos van a ser el conductor ligero de próxima generación, luego resultados consistentes, lote a lote, y muestra a muestra, es necesario para dispositivos como motores y generadores, así como para sistemas de energía ".

Recocer los nanotubos en un vacío por encima de 200 grados Celsius (392 grados Fahrenheit) redujo la contaminación de la superficie, pero no lo suficiente como para eliminar resultados inconsistentes, ellos encontraron. El bombardeo de iones de argón también limpió los tubos, pero condujo a un aumento de defectos que degradan la conductividad.

Finalmente, descubrieron que los nanotubos de recocido al vacío a 500 grados Celsius (932 Fahrenheit) reducían la contaminación lo suficiente como para medir con precisión la resistencia. ellos informaron.

Para ahora, Barron dijo, Los ingenieros que utilizan fibras o películas de nanotubos en dispositivos modifican el material mediante dopaje u otros medios para obtener las propiedades conductoras que requieren. Pero si los nanotubos de origen están suficientemente descontaminados, deberían poder obtener la conductividad correcta simplemente colocando sus contactos en el lugar correcto.

"Un resultado clave de nuestro trabajo fue que si los contactos de un nanotubo están separados por menos de 1 micrón, las propiedades electrónicas del nanotubo cambian de conductor a semiconductor, debido a la presencia de zonas de agotamiento superpuestas ", dijo Barron, "esto tiene un factor limitante potencial en el tamaño de los dispositivos electrónicos basados ​​en nanotubos; esto limitaría la aplicación de la ley de Moore a los dispositivos de nanotubos".