13/01/2015 - Consiguen crear con precisión atómica nanoestructuras que combinan tiras de grafeno de diferentes anchuras

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Pocos materiales han recibido tanta atención del mundo científico ni han copado tantas esperanzas de cara a su potencial implementación en nuevas aplicaciones como el grafeno. Eso se debe en gran medida a sus propiedades superlativas, siendo el material existente más delgado, casi transparente, el más resistente, el más rígido y a su vez más elástico, el mejor conductor térmico, el de mayor movilidad de los portadores de carga, además de otras muchas características fascinantes más.

Sus propiedades electrónicas, en concreto, se pueden variar enormemente mediante, por ejemplo, su confinamiento en sistemas nanoestructurados. Es por ello que las tiras o filas de grafeno con anchuras nanométricas se postulan como elementos electrónicos inmensamente interesantes. Pero por otro lado, debido a la gran variabilidad de las propiedades electrónicas ante cambios mínimos en la estructura de estas nanotiras, un control preciso a nivel atómico es requisito indispensable para aprovechar todo su potencial.

Las técnicas litográficas utilizadas en nanotecnología convencional no disponen aún de tal resolución y precisión. En el año 2010, sin embargo, se encontró la manera de sintetizar nanotiras con precisión atómica mediante el llamado auto-ensamblaje molecular. Moléculas diseñadas para tal fin se depositaban sobre una superficie de manera que reaccionasen entre ellas y diesen lugar a nanotiras de grafeno perfectamente definidas, mediante un proceso altamente reproducible y sin más mediación externa que el calentamiento a temperaturas adecuadas. En el año 2013, un equipo de científicos de la Universidad de Berkeley y del Centro de Física de Materiales (CFM), centro mixto CSIC-UPV/EHU, extendió ese mismo concepto a nuevas moléculas que formaban nanotiras de grafeno más anchas y, por tanto, con nuevas propiedades electrónicas. El mismo grupo ha conseguido ahora dar un paso más allá, creando mediante este auto-ensamblaje, heteroestructuras que mezclan segmentos de nanotiras de grafeno de dos anchuras distintas.

Imagen: (A) Esquema de los precursores moleculares y las nanotiras de grafeno resultantes, así como de las heteroestructuras. (B) Imágenes de microscopia de efecto túnel de las heteroestructuras sintetizadas sobre superficies de oro. (Fuente: UPV/EHU)

La formación de heteroestructuras con distintos materiales ha sido un concepto utilizado extensamente en ingeniería electrónica y ha permitido grandes avances en la electrónica convencional. "Ahora hemos logrado formar por primera vez heteroestructuras a nivel molecular y con precisión atómica de nanotiras de grafeno modulando su anchura. Además, su posterior caracterización mediante microscopia y espectroscopia de efecto túnel, complementada con cálculos teóricos de primeros principios, ha demostrado que da lugar a un sistema con propiedades electrónicas muy interesantes, que incluyen, por ejemplo, la creación de lo que se conoce como pozos cuánticos", destaca el científico Dimas de Oteyza que ha participado en este proyecto. Este trabajo, cuyos resultados se publican esta misma semana en la prestigiosa revista Nature Nanotechnology, es, por tanto, un importante éxito hacia la esperada implementación del grafeno en aplicaciones electrónicas comerciales.

El Dr. Dimas G. de Oteyza, que antes estuvo en Berkeley y en el CFM, actualmente trabaja en el Donostia International Physics Center (DIPC) como Fellow Gipuzkoa. El programa Fellows Gipuzkoa, financiado por la Diputación Foral de Gipuzkoa, está precisamente destinado a recuperar investigadores jóvenes con una sólida formación post-doctoral en grupos y centros de prestigio internacional, ofreciéndoles una plataforma de reincorporación, a través de contratos de hasta cinco años de duración, que les permita competir en las mejores condiciones para obtener plazas permanentes de investigador en nuestro país.

Referencia bibliográfica

Bandgap Engineering of Bottom-Up Synthesized Graphene Nanoribbons by Controlled Heterojunctions. Y.-C. Chen, T. Cao, C. Chen, Z. Pedramrazi, D. Haberer, D. G. de Oteyza, F. Fischer, S. Loiue, M. F. Crommie, Nature Nanotechnology (2015) DOI: 10.1038/nnano.2014.307.

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