Investigadores del Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV) y otras instituciones internacionales han logrado determinar y controlar los átomos implicados en el contacto entre una molécula y un electrodo metálico mientras circula la corriente, según publica la revista Nature Nanotechnology. El estudio ayuda a comprender mejor la formación de contactos eléctricos a escala atómica, uno de los grandes retos de la nanotecnología.
Un estudio elaborado por un equipo de científicos internacionales en el que ha colaborado el Centro de Física de Materiales (centro mixto del CSIC y la Universidad del País Vasco) ha arrojado luz acerca de la formación de contactos eléctricos a escala atómica, una de las grandes incógnitas que aún existen en el campo de la nanotecnología.
Uno de los problemas decisivos en este campo es la formación de contactos eléctricos a escala atómica. Esto exige caracterizar en detalle la corriente que fluye a través de circuitos extremadamente pequeños, tan pequeños que sus componentes llegan a ser átomos individuales o moléculas. Es precisamente en la pequeñez del sistema, de dimensiones nanométricas (1 metro = mil millones de nanometros), donde radica la dificultad de este problema aún no resuelto.
En particular, en uniones formadas por una sola molécula se ha comprobado que el número de átomos individuales que forman el contacto y sus posiciones son cruciales a la hora de determinar la corriente eléctrica que puede pasar. Hasta ahora, no ha habido ningún experimento donde se hayan podido controlar estos parámetros con suficiente precisión.
Gracias a una colaboración entre científicos en San Sebastián y en la Universidad de Kiel (Alemania) se ha podido demostrar que es posible determinar y controlar el número de átomos en el contacto entre una molécula y un electrodo metálico de cobre (ver figura) mientras se registra simultáneamente la corriente que pasa a través de la unión.
De esta forma, se ha descubierto y explicado los cambios que sufre la corriente eléctrica que atraviesa una unión molecular (metal-molécula-metal) dependiendo del área de los contactos que unen la molécula a los electrodos metálicos. Cambiando el número de átomos en contacto con la molécula de uno en uno se pasa de un régimen de baja (mal contacto) a otro de alta (buen contacto) conducción. En el mal contacto la corriente está limitada por el área del contacto, mientras que para un buen contacto la corriente está limitada por las propiedades intrínsecas de la molécula.
Los investigadores han demostrado así que es posible determinar y controlar el número de átomos que existen en el contacto entre una molécula y un electrodo metálico de cobre, al mismo tiempo que se registra la corriente que circula a través de esta unión. “Se trata de un avance sustancial en la electrónica molecular”, explica Andrés Arnau, investigador del Centro de Física de Materiales, “cuyo objetivo es construir dispositivos electrónicos extremadamente pequeños, que supongan una alternativa a los chips actuales, que se basan en la tecnología del silicio”.
La investigación ha constatado que se puede controlar con precisión la conducción cambiando de uno en uno el número de átomos que hacen contacto con la molécula. La explicación está en que, en el caso de un régimen de baja conducción, la corriente viene determinada por el área de contacto, mientras que en el de alta conducción, son las propiedades intrínsecas de la molécula las que determinan la corriente.
Los investigadores Daniel Sánchez, Andrés Arnau y Thomas Frederiksen. Imagen: UPV/EHU
El doctor Thomas Frederiksen, que actualmente trabaja en el Donostia International Physics Center (DIPC) como “Fellow Guipúzcoa” en el programa financiado por la Gipuzkoako Foru Aldundia, ha sido uno de los científicos que ha participado en este proyecto en colaboración con el doctor Daniel Sánchez Portal del Centro de Física de Materiales y el profesor Andrés Arnau del Departamento de Física de Materiales en la Facultad de Química de la UPV/EHU. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista Nature Nanotechnology.
El trabajo es un ejemplo de los frutos de una alianza estratégica de la UPV con el DIPC y con Tecnalia Corporación Tecnológica, articulando un proyecto conjunto, Euskampus, que ha obtenido el reconocimiento Campus de Excelencia Internacional.
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Referencia bibliográfica:
Guillaume Schull, Thomas Frederiksen, Andre´s Arnau, Daniel Sánchez-Portal, Richard Berndt. "Atomic-scale engineering of electrodes for single-molecule contacts". Nature Nanotechnology (in press). DOI: 10.1038/NNANO.2010.215.
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