El alambre más fino, nanohilo metálico

• Francisco María
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• • 27/08/2024 11:00
  • Actualizado: 27/08/2024 11:47

Un nanohilo es un alambre con un diámetro del orden de un nanómetro, lo cual es una medida más que pequeña. Sus proporciones son ínfimas y esto les confiere propiedades excepcionales frente a otros materiales.

Se trata de un alambre compuesto por un solo cristal de metal que tiene un diámetro en el rango de los nanómetros, es decir, en la escala de unos pocos átomos de ancho. Esta característica lo convierte en uno de los materiales más delgados que se han creado, lo que le confiere propiedades únicas en comparación con los materiales convencionales. Además, su estructura cristalina unidireccional le otorga una alta conductividad eléctrica y térmica, así como una resistencia mecánica excepcional.

Debido a su tamaño, los nanohilos también son conocidos como “hilos cuánticos” o “quantum wires”, ya que, a estas escalas, los efectos de la mecánica cuántica se vuelven significativos. Esto provoca dinámicas complejas, que aún se encuentran bajo investigación teórica.

El nanohilo metálico

Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza lograron un avance importante en el campo de los materiales unidimensionales. Simularon miles de posibles compuestos y creen haber descubierto el alambre metálico más delgado jamás creado: el nanohilo.

Estos materiales unidimensionales están formados por átomos dispuestos en una cadena. Son valorados por sus propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas únicas. El nuevo nanohilo está compuesto alternando átomos de carbono y cobre, y podría ser el más delgado jamás fabricado.

Los investigadores afirman que este alambre tiene la capacidad de mantenerse estable a 0 grados Kelvin. Si se logra fabricar, este nanohilo podría ser fundamental en el desarrollo de componentes electrónicos altamente miniaturizados.

Una ardua búsqueda

El descubrimiento se basó en la creación de una base de datos que contiene más de 780.000 estructuras cristalinas tridimensionales. Esta información fue recopilada de diversas fuentes científicas.

Los investigadores utilizaron un algoritmo especializado que les permitió clasificar estas estructuras para identificar aquellos cristales que contenían hilos naturales similares a alambres. El algoritmo también calculó la energía necesaria para separar estos nanohilos, ya que esto es fundamental para viabilidad de la fabricación.

Inicialmente, la lista se redujo a 800 candidatos viables. Después, se realizó un refinamiento adicional basado en la estabilidad simulada y las propiedades electrónicas y estructurales de estos materiales. Esto llevó a seleccionar los 14 mejores y finalmente se eligieron los cuatro candidatos más prometedores.

Hallazgos significativos

De todos los candidatos, el más interesante resultó ser una cadena recta formada por dos átomos de carbono y un átomo de cobre. Este material, denominado alambre metálico CuC2, mostró propiedades conductoras similares a las de un alambre metálico en las simulaciones.

Así mismo, el material mantuvo su estabilidad a temperaturas normales de funcionamiento. También destacó por su resistencia a las distorsiones de Peierls, que son alteraciones en la estructura unidimensional del material.

El estudio, publicado en la revista ACS Nano, también identificó otros materiales unidimensionales prometedores. Uno de ellos, un semimetal llamado Sb2Te2, podría proporcionar nuevas oportunidades para estudiar los aislantes excitónicos.

Este es un fenómeno teórico de la materia que nunca ha sido observado directamente. La fabricación de Sb2Te2 podría hacer visible este fenómeno cuántico a escalas macroscópicas.

Aplicaciones y propiedades

Los nanohilos tienen un gran potencial para aplicaciones en nanotecnología, como la interconexión de minúsculos componentes en circuitos extremadamente pequeños. Estos materiales tienen propiedades que no se observan en materiales tridimensionales.

Algunas de las aplicaciones más prometedoras de los nanohilos incluyen las siguientes:

• Electrónica. Se utilizan para mejorar las conexiones y el rendimiento en dispositivos electrónicos a escala nanométrica.
• Optoelectrónica. Pueden ser aplicados en la fabricación de dispositivos que combinan propiedades ópticas y electrónicas, como sensores y detectores.
• Dispositivos nanoelectromecánicos. Estos dispositivos integran componentes electrónicos y mecánicos a escala nanométrica. Pueden beneficiarse de los nanohilos.
• Compuestos avanzados. Se añaden a materiales compuestos para mejorar sus propiedades mecánicas y eléctricas.
• Interconexiones metálicas en nanoescala cuántica. Se utilizan para conectar componentes a nivel cuántico, facilitando el desarrollo de nuevas tecnologías en la computación y la electrónica.
• Emisores de campo. Pueden servir como emisores en aplicaciones electrónicas, como en dispositivos de emisión de electrones.
• Contactos y terminales para nanosensores biomoleculares. Se emplean como puntos de conexión en sensores biomoleculares. Su tamaño y propiedades son cruciales para la detección de biomoléculas.

Estas aplicaciones muestran la versatilidad y el impacto potencial de los nanohilos en el avance de la tecnología a escala nanométrica. Su futuro es altamente prometedor.

Fabricación del nanohilo metálico

La fabricación de nanohilos metálicos es un proceso complejo que requiere de equipos y técnicas de vanguardia en nanotecnología. Una de las técnicas más comunes para la síntesis de nanohilos metálicos es la deposición química de vapor (CVD), que consiste en la deposición de átomos de metal a partir de un precursor gaseoso sobre un sustrato sólido a alta temperatura. Otra técnica utilizada es la electrohilatura, que consiste en la extrusión de un metal fundido a través de una boquilla muy fina para formar el nanohilo.

Aplicaciones del nanohilo metálico

En el campo de la electrónica, se ha demostrado que los nanohilos metálicos pueden utilizarse como componentes de alta conductividad en dispositivos electrónicos miniaturizados, como sensores y transistores. En la industria de la energía, se investiga su uso en la fabricación de electrodos para celdas solares y baterías de alta capacidad. En medicina, se estudia su aplicación en la fabricación de implantes biomédicos y sensores para diagnóstico médico.

A medida que avanza la investigación en nanotecnología, es de esperar que el nanohilo metálico juegue un papel cada vez más importante en la innovación tecnológica.

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