Podría parecer un rollo de alambre de gallinero, pero este pequeño cilindro de átomos de carbono, demasiado pequeño para verlo a simple vista, algún día podría usarse para fabricar dispositivos electrónicos que van desde gafas de visión nocturna y detectores de movimiento hasta células solares más eficientes. gracias a técnicas desarrolladas por investigadores de la Universidad de Duke.

Su trabajo está publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. .

Descubiertos por primera vez a principios de la década de 1990, los nanotubos de carbono están hechos de láminas individuales de átomos de carbono enrolladas como una pajita.

El carbono no es exactamente un material novedoso. Toda la vida en la Tierra se basa en el carbono. Es lo mismo que se encuentra en los diamantes, el carbón y la mina de lápiz. Lo que hace especiales a los nanotubos de carbono son sus notables propiedades. Estos diminutos cilindros son más fuertes que el acero y, sin embargo, tan delgados que 50.000 de ellos equivaldrían al grosor de un cabello humano.

También son sorprendentemente buenos para conducir electricidad y calor, razón por la cual, en la búsqueda de dispositivos electrónicos más rápidos, más pequeños y más eficientes, los nanotubos de carbono han sido promocionados durante mucho tiempo como posibles sustitutos del silicio.

Pero producir nanotubos con propiedades específicas es un desafío.

Dependiendo de cómo estén enrollados, algunos nanotubos se consideran metálicos, lo que significa que los electrones pueden fluir a través de ellos con cualquier energía. El problema es que no se pueden apagar. Esto limita su uso en electrónica digital, que utiliza señales eléctricas que están encendidas o apagadas para almacenar estados binarios; al igual que los transistores semiconductores de silicio cambian entre 0 y 1 bits para realizar cálculos.

El profesor de química de Duke, Michael Therien, y su equipo dicen que han encontrado una manera de solucionar este problema. El enfoque toma un nanotubo metálico, que siempre deja pasar la corriente, y lo transforma en una forma semiconductora que se puede encender y apagar.

El secreto reside en polímeros especiales (sustancias cuyas moléculas están unidas en largas cadenas) que se enrollan alrededor del nanotubo en una espiral ordenada, "como envolver una cinta alrededor de un lápiz", dijo el primer autor Francesco Mastrocinque, quien obtuvo su doctorado en química. . en el laboratorio de Therien en Duke.

Descubrieron que el efecto es reversible. Envolver el nanotubo en un polímero cambia sus propiedades electrónicas de conductor a semiconductor. Pero si se desenvuelve el nanotubo, vuelve a su estado metálico original.

Los investigadores también demostraron que al cambiar el tipo de polímero que rodea un nanotubo, podrían diseñar nuevos tipos de nanotubos semiconductores. Pueden conducir electricidad, pero sólo cuando se aplica la cantidad adecuada de energía externa.

"Este método proporciona una nueva herramienta sutil", dijo Therien. "Permite crear un semiconductor por diseño."

Es probable que las aplicaciones prácticas del método estén lejos. "Estamos muy lejos de fabricar dispositivos", añadió Therien.

Mastrocinque y sus coautores dicen que el trabajo es importante porque es una forma de diseñar semiconductores que pueden conducir electricidad cuando son impactados por luz de ciertas longitudes de onda de baja energía que son comunes pero invisibles para los ojos humanos.

En el futuro, por ejemplo, el trabajo del equipo de Duke podría ayudar a otros a diseñar nanotubos que detecten el calor liberado en forma de radiación infrarroja, para revelar personas o vehículos escondidos en las sombras. Cuando la luz infrarroja, como la emitida por los animales de sangre caliente, incide en uno de estos híbridos de nanotubos y polímeros, genera una señal eléctrica.

O tomemos las células solares:esta técnica podría usarse para fabricar semiconductores de nanotubos que conviertan una gama más amplia de longitudes de onda en electricidad, para aprovechar más energía del sol.

Debido a la envoltura en espiral de la superficie de los nanotubos, estas estructuras también podrían ser materiales ideales para nuevas formas de computación y almacenamiento de datos que utilizan los espines de los electrones, además de su carga, para procesar y transportar información.