Rosa López del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos, IFISC (CSIC-UIB) | Cati Cladera
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El transporte de supercorrientes en nanotubos de carbono impulsará el desarrollo de innovadoras aplicaciones en dispositivos electrónicos

Analizando un depósito de carbono el investigador Sumio Iijima observó al microscopio unas raras fibras depositadas sobre una mota de hollín. Lo que a primera vista pensó que eran simples desechos pulverizados se revelaron, tras su estudio, como mucho más interesantes de lo que en principio pudieran parecer. Corría el año 1991 y acababa de descubrir de forma casual los nanotubos de carbono. Dos décadas después muchas de las propiedades atribuidas a estas extraordinarias fibras han sido comprobadas experimentalmente y, en la actualidad son uno de los hitos de la nanotecnología.

Mas resistentes que el acero, más ligeros que el aluminio, más conductores que el oro, los nanotubos de carbono, similares a pequeñas láminas de grafito enrolladas, presentan propiedades eléctricas, mecánicas, ópticas, térmicas y químicas excepcionales y, aunque lo ignoremos, ya forman parte de numerosos productos de uso cotidiano, como las pantallas de los ordenadores o de los teléfonos móviles. Pero la tecnología basada en estos sistemas no ha hecho más que empezar, y según los expertos, la próxima revolución será la nanotecnológica, y la tenemos a la vuelta de la esquina.

A escala humana no es fácil comprender esta revolución en miniatura. Un nanómetro es una unidad de longitud que equivale a un milímetro dividido en un millón de partes, y cuando se llega a ese nivel ínfimo de la materia las partículas adquieren propiedades completamente nuevas en las que ya no funcionan las leyes de la física clásica y hay que acudir a la mecánica cuántica.

Con el desarrollo de esta tecnología serán posibles aparatos electrónicos de ciencia ficción. «Actualmente los dispositivos son cada vez más pequeños y se le buscan aplicaciones más novedosas, comenta Rosa López investigadora del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos, IFISC (CSIC-UIB), lo que hace unos años no podíamos ni imaginar, por ejemplo las pantallas flexibles y enrollables que caben en un bolsillo ya son una realidad, pero para llevar a cabo todos estos avances se necesita desarrollar materiales nuevos con unas determinadas propiedades y testearlos y, en este contexto, la investigación básica es el paso previo para crear la futura tecnología».

Las expectativas que levantan los nanotubos de carbono o el grafeno en futuras aplicaciones en campos como el de la electrónica cuántica son inmensas, pero para poder construir a la carta dispositivos electrónicos de tamaño nanométrico con unas determinadas propiedades, será preciso comprender los complejos fenómenos que ocurren en estos sistemas diminutos.
Búsqueda de nuevas aplicaciones

Desde el punto de vista de la investigación fundamental, los nanotubos de carbono están permitiendo estudiar numerosos fenómenos físicos que tienen lugar en sistemas de tamaño nanométrico. Y son de especial interés todos aquellos que se producen cuando los nanotubos se combinan con otro tipo de materiales para formar estructuras híbridas.

En este campo del transporte cuántico dedicado a la investigación de nuevos aspectos de fenómenos exóticos se inscribe el estudio recién publicado en la revista Physical Review Letters por Rosa López y Jong Soo del IFISC, junto con Ramón Aguado del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), un trabajo que abrirá el camino a nuevos progresos en el entendimiento del transporte de supercorrientes en nanotubos de carbono y a la posible búsqueda de nuevas aplicaciones de estos nano-dispositivos en la futura tecnología en miniatura. «Nuestro artículo, aclara López, es una predicción, un estudio teórico, por eso estamos en contacto con un grupo experimental de la Universidad Técnica de Delft (Holanda), con el que hemos colaborado en otras ocasiones, que está intentando medir este efecto».

«En el transporte cuántico medimos el paso de electrones desde una parte del sistema hacia otra» explica López «Tenemos una parte que inyecta electrones - que sería el electrodo fuente - y la otra que los recoge, denominada sumidero. Lo interesante es que ambas pueden ser metales y también superconductores. En nuestro trabajo se trata de dos superconductores pegados al nanotubo que inyectan electrones que van de dos en dos - llamados pares de Cooper - . Y esto, en principio, va contra la intuición porque cuando pones dos cargas del mismo signo se repelen, pero en los superconductores ocurre justo todo lo contrario y se atraen».

«Lo interesante, continúa, es que cuando tienes dos superconductores conectados a un sistema cuántico, que en este caso es el nanotubo, la corriente que se establece no necesita ninguna pila, no precisas darle una fuerza electromotriz porque entre dos superconductores se establece una supercorriente y. además, tampoco disipa energía porque no tiene ningún tipo de fricción».

«En la investigación lo que hemos hecho es estudiar cómo es esta supercorriente cuando pasa a través de un nanotubo de carbono debido a sus peculiaridades y lo que hemos demostrado, a nivel teórico, es que somos capaces de cambiar el ciclo de la supercorriente - haciendo que sea positiva y negativa - variando parámetros externos del sistema».

«Aunque llevamos a cabo investigación básica, podemos imaginar dispositivos electrónicos que puedan utilizar esta propiedad que hemos visto. Y se podría pensar en los nanotubos como candidatos para implementar la computación cuántica y en el desarrollo de circuitos integrados de tamaño nanoscópico». Según esta investigadora, la clave para desarrollar futuras aplicaciones está en conocer cómo se comportan los electrones a nivel cuántico dentro de estos sistemas porque, sólo a raíz de descubrirlo, se podrá diseñar cualquier dispositivo que transporte información o que sea más resistente, por poner dos ejemplos.

No deja de ser curioso que a comienzos del siglo XX, cuando no existía ni el concepto de nanociencia, científicos como Einstein, Planck o Heisenberg empezaran a desarrollar teorías e hipótesis en el campo de la física cuántica que ayudarían a explicar el comportamiento de la materia cuando las dimensiones son mínimas. Hubo que esperar al avance en las técnicas experimentales y al invento de microscopios, como el de Túnel de Barrido (STM) ó de Fuerza Atómica (AFM), para poder observar los materiales a esa escala y, posteriormente, manipular los átomos. «Hoy en día, puedes ir cogiendo los átomos uno a uno, moverlos y visualizarlo pero, hasta que no se ha dispuesto de las herramientas adecuadas, no ha sido posible predecir ciertos efectos porque no se podían someter a prueba, concluye López».