Una pequeña conexión con grandes implicaciones: hacia una nueva electrónica basada en el carbono

Las nanoestructuras basadas en carbono ofrecen propiedades nanomecánicas y nanoelectrónicas únicas en cualquiera de sus formas, tales como nanotubos, láminas de grafeno y nanocintas. Estos materiales ordenados en la nano-escala, es decir, en la dimensión de una millonésima de milimetro, son firmes candidatos para formar la base de muchos nano-dispositivos, y su aplicación se viene anunciando tanto en el campo de la conversión de energía como en el de transistores nano-electrónicos. Para el buen funcionamiento de estos nano-dispositivos, una buena conexión con el cableado eléctrico es crucial, y es en este aspecto donde investigadores del UPV/EHU, DIPC y CNRS han hecho avances de gran envergadura al estudiar el contacto de estos nano-dispositivos de carbono con átomos de diferente composición química.

La composición química del cableado eléctrico es de vital importancia ya que afecta tanto las propiedades eléctricas como la geometría de contacto con la nano-estructura de carbono. La influencia de estos dos factores en las propiedades de transporte eléctrico se combinan, y en el estudio se han analizado estos dos parámetros en contactos reducidos al límite atómico ya que en el caso de grandes estructuras es difícil separar su contribución individual.

En el marco de una estrecha colaboración, los investigadores se valieron de una molécula de carbono compuesta por 60 átomos que puede entenderse como una lámina de grafeno envuelta en una diminuta esfera. El grupo experimental liderado por Guillaume Schull en Estrasburgo, fijó esta molécula a la punta de la sonda de un Microscopio de Efecto Túnel, una especie de alfiler extremadamente fino. Posteriormente, ese alfiler acabado en una molécula de carbono se aproximó con extremada precisión a diferentes átomos hasta crear una conexión robusta. Midiendo sistemáticamente la corriente eléctrica a través de la conexión, los investigadores pudieron deducir cuál de estos átomos metálicos inyecta con mayor eficiencia la corriente eléctrica a la molécula de carbono.

Las simulaciones a gran escala realizadas en San Sebastián por el grupo teórico liderado por Thomas Frederiksen, Ikerbasque Research Professor en el DIPC, revelaron un aspecto fascinante e inesperado de estas conexiones diminutas: sus propiedades eléctricas y mecánicas son análogas a materiales de carbono de tamaño mucho más grandes.

Estos resultados, publicados en la prestigiosa revista Nature Communications, marcan un precedente y asientan las bases para encontrar conexiones extremamente eficientes en un futuro próximo. El hallazgo hará posible el estudio de una gran cantidad de metales (así como de aleaciones compuestas por dos o tres átomos metálicos diferentes) permitiendo la clasificación sistemática de su capacidad para inyectar electrones en estos dispositivos electrónicos emergentes basados en carbono.

Figura. Representación artística de la conexión eléctrica entre una molécula de carbono (con forma de pelota de fútbol) y un átomo metálico (partícula gris). Los investigadores han sido capaces de cuantificar cómo la corriente depende de la composición química del átomo metálico.