Los tubos de carbono se perfilan como la nueva generación electrónica

En la ingeniería informática, la velocidad y la potencia son un problema a la hora de disminuir el tamaño. La escala de la microelectrónica se ha ido reduciendo más a menos a la mitad cada 18 meses desde que se inventaron los ordenadores, y ahora es posible introducir en un solo microprocesador de 20 centímetros de diámetro más componentes que personas hay en el mundo. Sin embargo, en comparación con los nanotubos, el pincel que usan los ingenieros electrónicos es bastante burdo. Las técnicas industriales para el grabado de sistemas de circuitos y dispositivos en microprocesadores de silicio no pueden producir objetos más pequeños de unos doscientos nanómetros de ancho. Incluso para reducir esto a la mitad es necesaria una tecnología de fabricación completamente nueva, que costaría miles de millones a la industria.Por el contrario, los nanotubos de carbono, pueden medir, como su nombre sugiere, unos cuantos nanómetros de ancho; tan estrechos como la molécula doble de ADN que porta nuestra información genética. Por tanto, la utilización de los nanotubos para los circuitos electrónicos podría permitir que el avance de la miniaturización se multiplicase aproximadamente por cien.

De uno en uno

La capacidad de los nanotubos de actuar como alambres la demostraron por primera vez experimentalmente en 1997 Cees Dakker y sus colaboradores de la Universidad de Tecnología de Delft, en Holanda. Descubrieron que al ser tan estrechos los alambres, los electrones responsables de la corriente sólo podían pasar de uno en uno. Aumentando el voltaje entre las dos terminales aumentaba la corriente en pasos abruptos en lugar de suavemente como hace en los alambres normales de metal, porque los electrones que ya estaban en el alambre impedían que los otros se añadiesen hasta que se los empujaba con suficiente fuerza. Este efecto de bloqueo es un rasgo común de los dispositivos electrónicos a escala nanométrica.

En 1998, Dekker y su equipo demostraron algo incluso más llamativo: un transistor con un nanotubo entre sus componentes. Los transistores son los principales mecanismos interruptores de los circuitos informáticos, y por tanto son elementos claves de toda la tecnología de la información. Para realizar un transistor de nanotubos, los investigadores holandeses no utilizaron un nanotubo conductor metálico sino uno semiconductor, situado entre dos electrodos metálicos. A pesar de su reducido tamaño, el transistor funcionó exactamente igual que los utilizados en los circuitos de silicio convencionales.

Muy recientemente, el grupo de Dekker ha descrito un nuevo método para hacer que los nanotubos funcionen como útiles dispositivos electrónicos. En un artículo publicado en Nature informa de que, al igual que un bucle en una manguera interrumpe el flujo del agua, los bucles interrumpen la conductividad de un nanotubo, actuando como diodos rectificadores.

En los nanotubos se podría introducir una amplia gama de propiedades electrónicas. Por ejemplo, hay nanotubos de ancho variable, aunque todavía nadie ha podido hacerlos de una manera controlada y específica. Y a los nanotubos se les podrían implantar elementos diferentes del carbono, que podrían alterar su conductividad, de la misma forma que las impurezas en el silicio modifican sus propiedades. Otra forma de introducir defectos localizados en los nanotubos es deformarlos utilizando un instrumento denominado microscopio de fuerza atómica. Originalmente concebido como instrumento para tomar imágenes de alta resolución a escala atómica, el MFA es también inmensamente útil para hacer que las moléculas se muevan. En 1997, Richard Superfine y sus colaboradores de la Universidad de Carolina del Norte demostraron que el MFA se puede utilizar para doblar nanotubos. Poco después, científicos de los laboratorios de investigación de IBM, en Yorktown Heights, Nueva York, utilizaron el MFA para convertir nanotubos en nanoletras. El primer éxito en la creación de tubos con determinados defectos ya establecidos también se ha presentado. Jimmy Xu y sus colaboradores de la Universidad de Toronto, en Canadá, han conseguido nanotubos con brazos en forma de Y. Ahora serán necesarios nuevos métodos para disponer los nanotubos de carbón en patrones de circuitos.