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Interruptores nanométricos: nuevas perspectivas para la electrónica

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Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, del CSIC, trabajan para obtener nanointerruptores. Se trata de pequeñísimas superficies, creadas molécula a molécula, con actividad óptica, química y magnética a voluntad y de forma reversible. La investigación, premiada como el trabajo más original en la última edición de la European Materials Research Society (EMRS), en Estrasburgo, abre nuevos horizontes a la electrónica molecular.

 

Laboratorios en un chip, microrrobots o biochips constituyen el paisaje de la investigación futura y no tan futura, ya que parece que contribuirá a mejorar los procesos manufacturados y las aplicaciones biomédicas. En el contexto de esta miniaturización de los equipos y la maquinaria, el campo de la nanotecnología ha visto aumentados los esfuerzos y recursos, y los avances han estado continuos tanto en la preparación de materiales como en el desarrollo de micro-nanosistemas inteligentes.

El grupo de investigación que dirige Jaume Veciana en el departamento de Nanociencia Molecular y Materiales Orgánicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (CSIC) está haciendo una de les investigaciones más originales en el campo de la nanotecnología funcional, a caballo entre la química supramolecular y la investigación de nuevos materiales.

Lo confirma el hecho que el pasado mes de mayo en el encuentro de la European Materials Research Society (EMRS), que se celebró en Estrasburgo, Marta Mas-Torrent recibió, en nombre de todo el grupo, el premio al trabajo de investigación más original por los avances realitzados en la preparación de superficies multifuncionales con radicales orgánicos.

Superficies funcionales

Desde hace unos años, el uso de superficies funcionales en la construcción de aparatos nanométricos es uno de los objetivos principales de la investigación en nanotecnología. Esas superficies se obtienen a partir de moléculas individuales que se autoorganizan formando sistemas complejos (como pasa, por ejemplo, en la naturaleza con el ADN). Esta vía, que en argot científico se llama estrategia ascendente, permite jugar con moléculas de pocos nanómetros (un nanómetro equivale a una millonésima de milímetro) que proporcionan funcionalidad y superar los límites de las estrategias 'convencionales' descendentes como la litografía.

Para obtener las superficies a menudo es necesario inmovilizar las moléculas funcionales y una de las maneras más prácticas de hacerlo es con el uso de las llamadas monocapas auto ensambladas (SAM, por sus siglas en inglés). Se trata de construir superficies donde haya una sustrato sólido -frecuentemente oro, pero también puede ser vidrio, cuarzo o dióxido de silicio- al cual se añade una película (monocapa) constituida por la sucesión de una misma molécula. Estas moléculas pueden tener una propiedad determinada o pueden presentar un sitio de reconocimiento que permitirá inmovilizar las moléculas funcionales. De esta manera se pueden conseguir superficies con una determinada actividad para la construcción de dispositivos con aplicación práctica.

La originalidad de la investigación, que se ha alimentado muy especialmente del trabajo de Núria Crivillers en el marco de su Tesis Doctoral -codirigida por Marta Mas-Torrent y Concepció Rovira-, ha estado preparar estas superficies utilizando los radicales policlorotrifenilmetil (PTM) sobre un sustrato sólido. Los PTM son radicales orgánicos que no presentan reactividad y termolabilidad -caso excepcional en este tipo de moléculas- y, por lo tanto, son muy estables. Además, presentan color, exhiben fluorescencia en la región del espectro del rojo y son electroactivos. Precisamente una de les particularidades de estas moléculas es que a través de una reacción química reversible -reducción oxidación-, talmente como si se tratara de un interruptor, pueden mostrar propiedades magnéticas o no, propiedades fluorescentes o no y un patrón de absorción diferente en cada caso. Así pues, la preparación de superficies con radicales PTM en sustratos sólidos permite obtener superficies con actividad electroquímica, óptica y magnética. Esta multifuncionalidad permitiría utilizar estas superficies como interruptores nanoscópicos con respuestas ópticas y magnéticas.

La originalidad de la investigación, que se ha alimentado muy especialmente del trabajo de Núria Crivillers en el marco de su Tesis Doctoral -codirigida por Marta Mas-Torrent y Concepció Rovira- ha sido preparar estas superficies utilizando los radicales policlorotrifenilmetilo (PTM) sobre un sustrato sólido.

Los PTM son radicales orgánicos que no presentan reactividad y termolabilidad -caso excepcional en este tipo de moléculas- y, por lo tanto, son muy estables. Además, presentan color, exhiben fluorescencia en la región del espectro del rojo y son electroactivos. Precisamente una de les particularidaImagen de microscopio confocal de monocapas autoensambladas del radical orgánico PTM sobre una superficie de cuarzo. Esta molécula multifuncional se comporta como un interruptor electroactivo con respuesta magnética y óptica.des de estas moléculas es que a través de una reacción química reversible -reducción oxidación-, talmente como si se tratara de un interruptor, pueden mostrar propiedades magnéticas o no, propiedades fluorescentes o no y un patrón de absorción diferente en cada caso. Así pues, la preparación de superficies con radicales PTM en sustratos sólidos permite obtener superficies con actividad electroquímica, óptica y magnética. Esta multifuncionalidad permitiría utilizar estas superficies como interruptores nanoscópicos con respuestas ópticas y magnéticas.

El grupo ha conseguido fabricar dos superficies multifuncionales basadas en PTM, una sobre un sustrato de silicio y la otra con un sustrato de oro

La miniaturización de los aparatos electrónicos

La electrónica molecular está cada vez más interesada en los avances que se producen en el campo de la nanotecnología básica y, muy especialmente, los éxitos conseguidos en el desarrollo de superficies funcionales. De hecho, la investigación en este campo se presenta como una de les vías que abre mayores posibilidades al almacenamiento de información y a la miniaturización de los aparatos.

Para facilitar el almacenamiento de una mayor densidad de información, una de las estrategias que se persigue es utilizar moléculas funcionales como imantes permitiendo un almacenamiento magnético de la información. En este sentido, uno de los resultados más destacados de esta investigación es la deposición de radicales orgánicos PTM encima de sustratos de sílice que confieren una funcionalidad magnética a la superficie. La posibilidad de la superficie de actuar como a interruptor, es decir, de presentarse en fase magnética y no magnética, hace pensar que podría convertirse en un buen sistema para almacenar la información.

Los resultados obtenidos por el grupo de investigación del ICMAB apuntan las vías que se han de seguir en el futuro. Pero aún es pronto para ver como se utilizan estas superficies en la industria. Tal como dice Marta Mas-Torrent: 'Todavía se necesita mucha investigación básica para encontrar las herramientas que permitan estudiar y caracterizar de forma fiable estos sistemas y también hay que garantizar su estabilidad y reproductibilidad'.

Enlaces externos:

Departamento de Nanociencia molecular y Materiales Orgánicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (CSIC)

Entrevista a Marta Mas Torrent en la European Science Foundation