Electrónica molecular.
En este documento
trataremos la electrónica molecular como un concepto de moléculas individuales
actuando como elementos activos, en contraste con las propiedades de los materiales
en fase condensada como los cristales moleculares.
La idea se remonta a 1974 con un
trabajo de Ari Aviram y Mark Ratner, con una investigación denominada Molecular
Reactifiers, en el mismo se discute la posibilidad teórica de construir un
sistema electrónico, que cumpla la función de rectificador, basado en el uso de
una sola molécula orgánica.
El modelo de
Aviram-Ratner es probablemente el primer ejemplo concreto que incluye el
concepto de transporte cuantico uní molecular y sus aplicaciones, este esta
íntimamente conectado con la teoría de transferencia electrónica y su
experimentación.
Los siguientes ejemplos son solo algunos de los estudiados en el campo de la electrónica molecular, engranajes moleculares que oscilan unos contra otros, siendo estimulados por la adición o eliminación de un único electrón, o un conjunto de moléculas donde una pequeña perturbación en un extremo del conjunto inicia un mecanismo molecular que se mueve a lo largo de todo el conjunto en una forma predeterminada.
Un alambre donde la presencia o ausencia de un solo átomo controla la conductibilidad eléctrica del mismo, o en el cual se produce un proceso de reconocimiento biomolecular que modifica la conductividad.
Nanotransistor.
El siguiente informe nos
ejemplifica sobre el potencial de las moléculas como componentes electrónicos
manométricos. Variando la estructura de moléculas especialmente diseñadas que
contienen átomos de metales de transición, como el cobalto en un caso y un
par de átomos de vanadio en el otro ,se consigue
obtener las características similares a de un transistor y establecer un flujo
de corriente a través de un estado cuantico. El siguiente dibujo es una
representación de un complejo
cobalto-terpiridinil (cobalt-terpyridinyl) (a
la izquierda) y de una molécula di
vanadio(a la derecha) unidas ambas
a electrodos de oro.
Investigadores
de la universidad de Cornell y de la universidad de Harvard informaron sobre el
desarrollo de este sistema de un solo átomo del cobalto en un caso y dos átomos
del vanadio en el otro. Todo una hazaña increíblemente difícil de realizar,
construir estos circuitos requirió la fabricación de "moléculas diseñadas"
integradas por varios átomos dispuestos a modo de andamio en donde los átomos
de cobalto o de vanadio se ubican en forma central.
El anterior dibujo nos muestra dos moléculas usadas por los científicos de la universidad de Cornell,para crear un transistor de una solo atomo.En cada molécula hay un atomo de cobalto(azul oscuro),retenido por una molécula de piridina(Piridina, C5H5N) y además hay átomos de azufre(rojo),usados para fijar la molécula a los electrodos de oro.El flujo de electrones de un electrodo al otro se realiza por un salto en el átomo de cobalto.El siguiente dibujo es una ampliación del anterior, con el agregado de la molécula de piridina,a modo de explicación en el dibujo, toda la molécula (las 6 moléculas de piridina mas el átomo de cobalto)es una supramolecula .
Detalle del sistema.
Una pequeña molécula de 1 a 2
nm(nanómetro) de longitud se une a dos electrodos de oro, los cuales se
depositan en una superficie de
oxido de silicio, (ver Sistemas en electrónica molecular ).
Se hace primero un
alambre de oro de 200 nm de largo,10 nm de ancho y 30 nm de alto, usando una
técnica litográfica standart.La siguiente foto,es un alambre de oro de 20 nm de
ancho fabricado utilizando litografía de haz electrónico .
Cuando
se aplica una tensión eléctrica a los terminales del alambre de oro, este actúa como un pequeño fusible y se
produce una ruptura del mismo, con una separación del orden de 0.5 a 2 nm.
La siguiente foto nos muestra la ruptura de un alambre de
oro, por el método del” fusible”,con una separación de 7 nm.
A continuación se aplica la
sustancia entre los dos electrodos de oro.
La preparación de este
transistor comienza con el crecimiento termal de una capa de aislamiento de 30nm de SiO2 encima de un
substrato dopado de silicio usado como puerta(electrodo de control). El alambre
continuo de oro tiene un ancho de menos de 200 nm, una longitud de 200 a 400 nm
y un espesor de 10 a 15 nm ,es fabricado por litografía electrónica y aparentemente
se rompe antes de depositar la supramolecula.
Todo este proceso produce
una separación de ~1-2 nm a través de la cual se encuentra una molécula. Una
imagen de un microscopio
de fuerza atómica AFM de los electrodos después de la electro migración se
muestra en la siguiente figura.
Las características
eléctricas de la molécula son determinadas midiendo la corriente y la tensión
de polarización V ,mientras se cambia la tensión de control (Vg),todas las
mediciones son realizadas a baja temperatura(4 grados Kelvin).
La principal
característica del transporte del dispositivo , es que exhibe el "bloqueo
de coulomb"(coulomb blockade). Esto es, el efecto
túnel de un solo electrón .La característica de este experimento es que la
pieza de metal es exactamente un átomo.
17.11.2007 Eduardo
Ghershman
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Enlaces
Galileo, pagina de ciencia y tecnología
