Electrones “prepotentes” mueven átomos en un conductor - principal


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Investigadores norteamericanos han logrado un nuevo e importante conocimiento para comprender la manera en que los electrones se mueven por los alambres metálicos a nanoescala

Descubieron que la fuerza con la que los electrones “empujan” en estas estructuras a los átomos que los rodean es mucho mayor que lo que se creía, lo que podría ayudar a mejorar los componentes nanoelectrónicos de la próxima generación.

Con componentes electrónicos cada vez más pequeños, los investigadores necesitan comprender cómo afectan las corrientes eléctricas la estructura atómica de los circuitos diminutos. En particular, la electromigración de los átomos en un nanoalambre podría alterar sus propiedades electrónicas, o incluso causar que falle. Por la parte positiva, este movimiento atómico se podría utilizar para montar las estructuras de estaño.

Capturando el comportamiento “prepotente”

Ellen Williams y sus colegas en la Universidad de Maryland comenzaron su estudio creando una gama de estructuras a nanoescala, como islas y “escalones” (que contienen entre 100 y 100.000 átomos), sobre alambres de plata muy delgados, de 2 a 50 nm de espesor. Los investigadores utilizaron entonces un microscopio de barrido túnel para observar cómo se movían o modificaban su forma las estructuras al enviar una corriente eléctrica a través del alambre. “Fue asombroso: cuando cambiábamos la dirección de la corriente, encontramos que podíamos mover las estructuras hacia adelante y hacia atrás”, le dijo Williams a physicsworld.com.

Veinte veces más fuerte

El equipo de Maryland dice que la fuerza con la que empujan los portadores de carga (en este caso los electrones) a los átomos de alrededor en estas nanoestructuras es mucho mayor —unas 20 veces— de lo que se pensaba. De acuerdo con los investigadores, esta potente “fuerza de electromigración” se podría utilizar para mover átomos en componentes nanoelectrónicos, algo que podría permitir el automontaje de alambres, por ejemplo, para crear dispositivos que puedan ir ciclando por diferentes estructuras bajo una corriente alterna. Incluso se podría utilizar para mover nanomáquinas en el futuro.

Y eso no es todo: el equipo también encontró que se podría disminuir mucho la fuerza de electromigración añadiendo una estructura de toma de electrones (o de defecto) como el buckminsterfulereno ó C60, a lo largo de bordes de escalón monoatómico.

Las diferentes maneras en que los electrones se pueden mover a través de nanoalambres se pueden definir por cuán fácil viajan, o se transmiten, los electrones a través de la estructura, explica Williams. La mayoría de las estructuras atómicas permiten que los electrones viajen a través de ellas con facilidad, pero los defectos enlentecen el movimiento de los electrones. Esto resulta en un “dipolo de resistividad”, que significa que los lugares con defectos tienen una resistencia local y un campo eléctrico local muy diferente del resto del material. “La clave es que las estructuras atómicas especiales o defectos provocan una debilitada transmisión de electrones”, dijo.

Lo que viene es el grafeno

El equipo de Williams está estudiando ahora efectos similares en estructuras a nanoescala sobre grafeno (láminas de carbono de sólo un átomo de grosor). “Nuestro grupo ha estado creando estructuras de defecto en grafeno, y depositando pequeñas cantidades de átomos dispersos sobre el material de carbono”, reveló Williams. “Utilizando nuestras poderosas técnicas microscópicas, esperamos ver efectos de movimiento atómico y resistencia local comparables cuando pase corriente por el grafeno”.

Los resultados de este trabajo podrían, finalmente, llevar a nuevas formas de explotar las propiedades electrónicas únicas del grafeno, dijo.

El trabajo fue publicado en Science 328 737.

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

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