Los dispositivos de nanotubos de carbono pueden tener un límite en la medida en que tan “nano” pueden ser

Por Ana Diaz VN|

(Last Updated On: marzo 17, 2018)

Publicado a las 10:47 PM CST en Ene 03,2018 | Actualizado a las 10:47 PM CST en Ene 03,2018


Los nanotubos de carbono destinados a la electrónica no sólo necesitan ser lo más limpios posible para maximizar su utilidad en dispositivos de nanoescala de próxima generación, sino que los efectos de contacto pueden limitar el tamaño de un dispositivo nano, según investigadores del Energy Safety Research Institute (ESRI) de la Universidad de Swansea en colaboración con investigadores de la Universidad de Rice.

El director del ESRI, Andrew Barron, también profesor de la Universidad de Rice en los EE. UU., y su equipo se han dado cuenta de cómo limpiar los nanotubos lo suficiente para obtener mediciones electrónicas reproducibles y en el proceso no sólo han explicado por qué las propiedades eléctricas de los nanotubos han sido históricamente tan difíciles de medir consistentemente, sino que han demostrado que puede haber un límite a cómo los “nano” futuros dispositivos electrónicos pueden estar utilizando nanotubos de carbono.

Como cualquier cable normal, los nanotubos semiconductores son progresivamente 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 cualquier cosa 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 sido capaz de hacer alambres, su conducción no ha cumplido con las expectativas. Estábamos interesados en determinar el aspecto básico detrás de la variabilidad observada por otros investigadores”.

 

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

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

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

Probaron nanotubos individuales de la misma manera que se probaba 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 túnel de exploración.

En los nanotubos limpios, la resistencia se hizo progresivamente más fuerte a medida que la distancia aumentaba, como debería ser. Pero los resultados se sesgaron cuando las sondas encontraron contaminantes superficiales, que aumentaron la intensidad del campo eléctrico en la punta. Y cuando se tomaron mediciones dentro de 4 micrones entre sí, las regiones de conductividad agotada causada por contaminantes se superpusieron, lo que agitó aún más los resultados.

“Creemos que por eso hay tanta inconsistencia en la literatura”, dijo Barron. “Si los nanotubos van a ser la próxima generación de conductores ligeros, entonces se necesitan resultados consistentes, lote a lote y muestra a muestra, para dispositivos tales como motores y generadores, así como sistemas de energía”.

 

 

Recociendo los nanotubos en un vacío superior a 200 grados centígrados (392 grados Fahrenheit) redujeron la contaminación superficial, pero no lo suficiente para eliminar resultados inconsistentes, encontraron. El bombardeo de iones de argón también limpió los tubos, pero llevó a un aumento de defectos que degradan la conductividad.

En última instancia, descubrieron que los nanotubos de recocido al vacío a 500 grados Celsius (932 Fahrenheit) redujeron la contaminación lo suficiente como para medir con precisión la resistencia, reportaron.

Hasta ahora, dijo Barron, los ingenieros que usan fibras o películas de nanotubos en dispositivos modifican el material a través del dopaje u otros medios para obtener las propiedades conductoras que requieren. Pero si los nanotubos fuente están suficientemente descontaminados, deberían ser capaces de obtener la conductividad correcta simplemente colocando sus contactos en el lugar correcto.

“Un resultado clave de nuestro trabajo fue que si los contactos en un nanotubo están separados por menos de 1 micra, 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”.

 


Referencias & Fuentes

rpi.edu | NANOTUBES AND THEIR IMPLICATIONS FOR COMPUTING

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