Un diodo en una sola molécula
Recientemente, en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, N.J. Tao y sus colaboradores han encontrado una forma de miniaturizar hasta extremos asombrosos un componente eléctrico fundamental. Su técnica para fabricar diodos hechos de una sola molécula está despertando un gran interés en la comunidad científica y en la industria de la electrónica.
En el mundo de la electrónica, los diodos son un componente versátil y ubicuo. Aparecen en muchas formas y tamaños, se usan en una serie interminable de dispositivos y son los ingredientes esenciales para la industria de los semiconductores. Fabricar componentes que incluyan diodos más pequeños, baratos, rápidos y eficaces ha sido el santo grial de un sector emergente de la industria electrónica, que ahora ha pasado a sondear el reino de lo nanométrico.
Un tamaño más pequeño significa costos más baratos y un mejor rendimiento para los dispositivos electrónicos. Las CPUs de la primera generación destinadas a ordenadores usaban unos pocos miles de transistores. Ahora incluso los ordenadores más simples y baratos usan millones de transistores en un solo chip.
Pero últimamente la tarea de miniaturización se ha hecho mucho más difícil, y la famosa "ley" de Moore que establece que el número de transistores basados en el silicio en un chip se duplica cada 18-24 meses, está comenzando a alcanzar sus límites físicos. El tamaño del transistor está alcanzando unas decenas de nanómetros, un tamaño que es sólo unas 20 veces mayor que el de una molécula.
La idea de sobrepasar los límites del silicio con un componente electrónico formado por una única molécula ha sido barajada por los expertos desde hace tiempo. Los químicos teóricos Mark Ratner y Ari Aviram propusieron, ya en 1974, el uso de moléculas individuales para componentes electrónicos como los diodos. Científicos de todo el mundo han estado intentando lograr esto durante más de 30 años.
La técnica desarrollada por el grupo de Tao se basa en una propiedad conocida como la modulación de CA.
Básicamente, se aplica una perturbación mecánica a la molécula que varía con poca periodicidad . Si hay una molécula de puente entre dos electrodos, esta responde en un sentido.
En este proyecto participa el profesor de la universidad de Chicago, Luping Yu, el cual suministra las moléculas para el estudio, así como el profesor Ivan Oleynik de la Universidad de South Florida, como colaborador teórico. El equipo utilizó moléculas conjugadas, en las cuales, los átomos están pegados con alternancia de enlaces simples y múltiples. Como las moléculas muestran una conductividad eléctrica grande y tienen terminaciones asimétricas, son capaces de formar enlaces covalentes con electrodos de metal para crear un circuito cerrado.
Los resultados del proyecto plantean la perspectiva de la construcción de diodos de una sola molécula, que son los dispositivos más pequeños que uno pueda construir.
Creo que es emocionante porque somos capaces de mirar a una sola molécula y jugar con ella. Podemos aplicar una tensión, una fuerza mecánica, o en el campo óptico, medir la corriente y ver la respuesta. De la misma manera que la física cuántica controla el comportamiento de moléculas individuales, esta capacidad nos permite estudiar las distintas propiedades de los dispositivos convencionales.
N.J. Tao
Químicos, físicos, investigadores de materiales, expertos en computación e ingenieros, todos ellos juegan un papel esencial en el emergente campo de la nanoelectrónica, donde un sin fin de moléculas disponibles con diferentes funciones proporcionan la materia prima de la innovación. Tao también está examinando las propiedades mecánicas de las moléculas, como por ejemplo, su capacidad de oscilar.
