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| Ejemplo nanocable: una molécula de ADN modificada por la inserción de iones entre sus hebras. F. Zamora |
El objetivo de la electrónica molecular es construir circuitos electrónicos basados en el uso de moléculas. Para ello se requiere que sus componentes, es decir las moléculas, realicen funciones tales como conducir la electricidad (nanocables) o que sean capaces de funcionar como conectores o interruptores. La electrónica molecular ha despertado un gran entusiasmo científico en los últimos años debido, no sólo a la reducción de tamaño que conllevaría la fabricación de estos dispositivos haciendo uso de moléculas, sino también por las perspectivas de poder realizar procesos más complejos y con un menor gasto de fabricación.
Félix Zamora es profesor en el Departamento de Química Inorgánica de la Universidad Autónoma de Madrid. Además de realizar importantes contribuciones científicas en este campo, aporta su conocimiento a la empresa Nanoinnova Technologies S.L. de la cual es socio co-fundador. Esta empresa 'spin-off' de la universidad comercializa nanomateriales e instrumentación para realizar trabajos de investigación en el campo de la nanotecnología.
Mónica Luna.- ¿Cuáles son las ventajas de poder disponer de hilos conductores de la anchura de una sola molécula?
Félix Zamora.- La más obvia sería la de alcanzar mayor miniaturización de los circuitos eléctricos: conseguir el más pequeño posible. Al trabajar con moléculas esto podría llevar, en términos de fabricación, a procesos más baratos, y a la construcción de circuitos de estructuras más complejas.
M. L.- A día de hoy, ¿se ha conseguido ya este objetivo?
F. Z.- Se está avanzando por buen camino, pero si bien ya tenemos moléculas que conducen de forma excelente la electricidad a distancias de varios cientos de nanómetros, para llegar a la construcción de circuitos basados sólo en moléculas todavía queda mucho por hacer. No obstante, las limitaciones de los circuitos actuales, basados en la tecnología del silicio, para poder continuar reduciendo su tamaño, unido a la continua demanda de ordenadores más potentes, hace pensar que la transición a una nueva forma de fabricar circuitos más pequeños es un reto casi inevitable.
M. L.- ¿En qué consiste esa nueva forma de hacer cables más pequeños?
F. Z.- La técnica utilizada actualmente para hacer cables consiste en eliminar parte del material que lo forma, así es como se fabrican los componentes de los procesadores de los ordenadores. En nanotecnología este método se denomina descendente (destruir la materia grande para llegar a material en la nanoescala, la litografía es una de las principales herramientas). La electrónica molecular propone una nueva estrategia para fabricar circuitos, una estrategia ascendente, que consiste en fabricarlos desde abajo. Esto se hace conociendo a priori como se van a comportar las moléculas cuando estas «se pongan juntas», es decir, conociendo las preferencias químicas de las mismas. De un modo sencillo, si consideramos las moléculas como bloques de construcción de un juego de Lego, sería ir seleccionando esos bloques para construir el circuito de la arquitectura deseada. Esto lo hacen las moléculas de forma espontánea sólo hay que saber seleccionarlas.
M. L.- ¿Qué materiales se utilizan para estos cables moleculares?
F. Z.- Los hay de diferentes tipos. Pero a nosotros nos parece que la combinación de iones metálicos con moléculas orgánicas es una excelente elección. Nos hemos decantado por los denominados polímeros de coordinación, y de estos sólo aquellos que son buenos conductores. Podemos imaginarlos como nanocables formados por moléculas orgánicas e iones metálicos, unidos unos a otros, formando largas cadenas. En particular, los polímeros llamados MMX son los que presentan valores de conductividad más elevados. Ya los hemos utilizado como electrodos para construir transistores de efecto campo. Son estables durante meses en condiciones ambientales e incluso a valores extremos de la temperatura y la humedad.
Pero sin duda, el ADN sería un candidato a hilo molecular muy interesante. El problema es que sencillamente el ADN no conduce la electricidad. La idea es anclar nuestros polímeros conductores a la cadena de ADN para hacerla conductora.
M. L.- ¿Qué ventajas ofrece el ADN combinado con polímeros conductores frente a los polímeros conductores por sí mismos?.
F. Z.- La molécula de ADN proporciona complejidad estructural. Con el ADN podemos construir prácticamente cualquier arquitectura (mira en Google ADN origami). Es decir, si conseguimos hacer que el ADN conduzca, además de fabricar nanocables, podríamos organizarlos en nanocircuitos determinados. Podríamos definir a priori la arquitectura del circuito, su complejidad e incluso decidir si queremos un circuito en dos o en tres dimensiones, y todo esto gracias a las impresionantes propiedades de autoorganización de la molécula del ADN.
M. L.- ¿A qué se refiere cuando habla de la complejidad de un circuito eléctrico?
F. Z.- Me refiero a poder realizar un circuito con una arquitectura más compleja que las actuales basadas en la tecnología de silicio que son tremendamente sencillas, muy simétricas. Por ejemplo, el cerebro humano tiene más capacidades, o habilidades, que un ordenador. Esto es en gran medida consecuencia de la compleja red neuronal de difícil arquitectura que presenta. La transmisión de datos es mucho más rápida en un ordenador que en el cerebro humano, y las neuronas son muy grandes en comparación con un procesador de un ordenador, sin embargo, el cerebro es capaz de realizar funciones mucho más sofisticadas.
Y aquí enlazo con la primera pregunta que me formuló: la utilización de nanocables moleculares no sólo se persigue por sus beneficios en cuanto al pequeño tamaño que los circuitos pueden alcanzar, sino también porque podremos diseñar circuitos distintos, mucho más complejos y por tanto, que realicen funciones superiores. Y lo mejor es que se fabricarán con tan solo agitar un tubo de ensayo.
M. L.- ¿Qué otros nanomateriales pueden ser interesantes de cara a la fabricación de dispositivos electrónicos?
F. Z.- Los nanotubos de carbono y el grafeno tienen propiedades conductoras excepcionales, pero para poder utilizarlos en los dispositivos actuales necesitamos poder fabricarlos en grandes cantidades. No obstante, ciertas empresas han fabricando ya prototipos de pantallas táctiles aprovechando las excelentes propiedades conductoras del grafeno. Para que podamos plantearnos nuevos desarrollos y dispositivos con grafeno, es necesario producir grafeno, y/o derivados de este, a gran escala. Esto conecta nuestra investigación con la empresa Nanoinnova Technologies S.L. En Nanoinnova hemos comercializado hornos CVD, que son los que se utilizan para fabricar el grafeno que se requiere para hacer esas pantallas táctiles que antes mencioné, que son únicos en ciertas características tales como tamaño, reproducibilidad y seguridad. Además, pese a ser una empresa joven, Nanoinnova comercializa a nivel internacional grafeno y productos derivados de este. Creo que es un excelente ejemplo de transferencia del laboratorio de investigación a la sociedad.
Mónica Luna es investigadora en Nanociencia y Nanotecnología en elInstituto de Microelectrónica de Madrid (CNM-CSIC).
monica.luna.estevez@gmail.com
monica.luna.estevez@gmail.com
Fonte: El Mundo
