Un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza La participación de investigadores del Instituto de Estudios Avanzados en Nanociencia de Madrid (IMDEA) y la Universidad de Sevilla ha medido por primera vez la conductividad eléctrica de un solo nanotubo de carbono con moléculas reticuladas en su interior.

A medida que los dispositivos electrónicos continúan reduciéndose para satisfacer las demandas del mercado, los científicos están trabajando para desarrollar los componentes diminutos que los hacen funcionar. Existe una demanda persistente de procesos rápidos y eficientes, y los dispositivos de lógica de espín (Spintronics) podrían ser la solución para dar forma al futuro de la informática. Aquí, Las moléculas magnéticas podrían dar un nuevo giro a la electrónica convencional. En particular, Las moléculas de spin-crossover (SCO) forman una familia de unidades funcionales de dimensión cero (0D) que muestran un cambio de giro radical desencadenado por un cambio electro-estructural activable por estímulos externos como la luz, presión o temperatura. El interruptor de giro confiere a las moléculas de SCO excelentes capacidades y funcionalidades para su implementación en nanoelectrónica. Sin embargo, su carácter aislante impide que estas moléculas se exploten plenamente hasta ahora. Varios grupos han incorporado moléculas de SCO en matrices de material conductor, pero los resultados no son totalmente compatibles con los requisitos de los dispositivos a nanoescala.

Un sistema innovador para incorporar de manera efectiva moléculas de SCO a materiales conductores es introducirlos dentro de nanotubos de carbono conductores. Los nanotubos de carbono son materiales unidimensionales (1D), fuerte, ligero y, Más importante, alambres en miniatura de alta conductividad eléctrica, normalmente de 1 a 5 nanómetros de diámetro, pero hasta centímetros de largo. Por primera vez, Un grupo de investigadores de IMDEA Nanociencia ha encapsulado moléculas de SCO basadas en Fe dentro de nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono de pared simple actúan como cadenas principales conductoras que transportan, proteger y detectar el estado de giro SCO de las moléculas, y supera sus inconvenientes aislantes.

Los investigadores, dirigido por el Prof. Emilio M. Pérez, Dr. José Sanchez Costa y Dr. Enrique Burzurí, estudiaron el transporte de electrones a través de nanotubos de carbono individuales incrustados en transistores a nanoescala mediante dielectroforesis. Encontraron un cambio en la conductancia eléctrica del nanotubo que se modifica por el estado de giro de las moléculas de SCO encapsuladas. La transición entre los dos estados conductores es provocada por un interruptor térmico que resulta no ser simétrico:el punto de transición de temperatura no es el mismo bajando que subiendo el termómetro. Este hecho abre una histéresis no presente en muestras cristalinas, y surgen muchas aplicaciones potenciales interesantes para el sistema híbrido:"Estos sistemas son como elementos de mini-memoria a nanoescala, ya que presentan un ciclo de histéresis con variación de temperatura. También podrían servir como filtro de espín (una demanda de dispositivos espintrónicos) porque el nanotubo "siente" si la molécula tiene espín o no ", comenta el Dr. Burzurí.

Los resultados experimentales están respaldados por cálculos teóricos realizados por investigadores de la Universidad de Sevilla. Durante el cambio, los orbitales de las moléculas de SCO cambian y, por lo tanto, su hibridación con el nanotubo de carbono, que a su vez modifica la conductividad eléctrica de este último. Las moléculas de SCO en su estado de giro bajo tienen una interacción más fuerte con los nanotubos; les resulta más difícil cambiar su estado de giro y esto se traduce en un "salto" en la conductividad de los nanotubos a una determinada temperatura, dependiendo del estado de giro inicial.

Esta primera encapsulación de moléculas de SCO dentro de nanotubos de carbono de pared simple es un resultado de investigación fundamental que ayuda a comprender el comportamiento de estas moléculas cuando están confinadas en espacios muy pequeños. y proporciona una columna vertebral para su lectura y posicionamiento en nanodispositivos. Los autores esperan que este híbrido de dimensiones mixtas (0D-1D) pueda aprovechar las mejores propiedades de sus materiales constituyentes, explotando el estado de giro como otro grado de libertad. Este minúsculo cable e interruptor se puede producir a escala preparativa y puede representar un paso relevante en el desarrollo de sistemas magnéticos a nanoescala.