Tecnologías a escala menor que nunca
La ciencia trata de cuestiones que pueden parecer obvias a simple vista pero que no lo son cuando se observan con detenimiento, especialmente a escala cuántica. Gracias al empleo de nanomateriales se están construyendo dispositivos miniaturizados tales como sensores para múltiples aplicaciones científicas y tecnológicas. El proyecto financiado con fondos de la Unión Europea QDCN («Dispositivos cuánticos basados en nanotubos de carbono») está desarrollando un detector ultrasensible que comprueba las propiedades eléctricas de moléculas individuales. Para este dispositivo se están utilizando elementos diminutos denominados nanotubos de carbono de un grosor 50 000 veces inferior a un cabello humano. Para funcionar, estos dispositivos también precisan semiconductores; es decir, materiales con una conductividad eléctrica específica. El punto cuántico es un tipo de semiconductor más reciente y potente a escalas diminutas. Aumenta la conductividad y puede emplearse para fabricar dispositivos mucho mejores que los disponibles actualmente. Para medir las propiedades eléctricas de una molécula concreta se unen puntos cuánticos a un único nanotubo de carbono que hace las veces de electrodo. La ventaja de utilizar un nanotubo de carbono como electrodo consiste en que provoca un apantallamiento localizado del electrodo que facilita el estudio de la estructura electrónica de los puntos semiconductores. Este método nuevo desarrollado por el proyecto para crear sensores y detectores es mucho más eficaz que los anteriores. La configuración del nuevo nanodispositivo simplifica en gran medida los procesos de fabricación en comparación con los de dispositivos normales, que emplean dos electrodos separados entre sí por unos pocos nanómetros. La importancia de este aspecto radica en que su fabricación es más complicada y lenta y además en ella se emplean distintos procesos y equipos de gran complejidad. El siguiente paso del proyecto consistió en caracterizar estos nanodispositivos ya fabricados y medir su precisión. Esta tarea se llevó a cabo mediante «espectroscopía de conteo de electrones», una técnica nueva que realiza mediciones a temperaturas bajas. Ésta permite comprobar las propiedades electrónicas de dos puntos cuánticos semiconductores. También es destacable que permite llenar o vaciar un punto cuántico semiconductor con muchos electrones, una tarea hasta la fecha onerosa. Además de crear el dispositivo detector, el proyecto consiguió dominar distintas técnicas de fabricación de nanodispositivos que llevan aparejados gran cantidad de procesos y equipo a escala cuántica. Esto incluye dispositivos de nanotubos en suspensión, dispositivos de grafeno, cuatro dispositivos terminales de nanotubos de oro y dispositivos nanomotores catalíticos. Además, los progresos realizados permiten la manipulación de energía Fermi (energía a una temperatura de cero absoluto) en cantidades considerables. Esta capacidad puede ser útil en la electrónica nanométrica o molecular, pues la «separación» y la manipulación de energía en aplicaciones de este tipo están limitadas. En general, QDCN ha demostrado que la detección de electrones únicos mediante un transistor de nanotubos de carbono supone una estrategia nueva para estudiar la separación de energía entre los niveles electrónicos discretos del punto cuántico semiconductor. En concreto se ha demostrado que los niveles electrónicos de un punto cuántico pueden mostrar un comportamiento caótico, un fenómeno que sólo se ha estudiado en términos teóricos desde hace pocos decenios.
