Nanocables para la electrónica y la optoelectrónica del futuro

23 de junio 2010

Bajo el microscopio electrónico de transmisión (TEM), varios Nanocables ftalocianina de cobalto crecen fuera de un Nanocables ftalocianina de hierro que está decorado con partículas de plata. Crédito: Empa

Los semiconductores orgánicos, son muy prometedores candidatos como materias primas para la fabricación de la zona barata, amplia y flexible de componentes electrónicos, tales como transistores, diodos y sensores en una escala que va de lo micro a lo nano. Una condición del éxito en el logro de esta meta es la capacidad de unión de componentes con conexiones conductoras de electricidad - en otras palabras, para crear un circuito electrónico. Científicos europeos han desarrollado un nuevo método que les permite crear redes sencillas de Nanocables orgánicos.

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Cuando físico español Ángel Barranco, regresó a Valencia después de un periodo de tres años de investigación en Empa, inició el proyecto de la UE PHODYE, entre otros, sus antiguos colegas Empa. El objetivo, es el desarrollo de sensores de gas de alta sensibilidad, para el seguimiento de emisiones de vehículos por carretera, por ejemplo, o para proporcionar personal de laboratorio y los trabajadores de la mina con una alerta temprana de la presencia de sustancias tóxicas. Los sensores se basan en fluorescentes películas delgadas, que cambian de color y fluorescencia, en contacto con ciertos moléculas de gas.

"Estábamos pensando, en términos de una especie de llave electrónica para aplicaciones de seguridad, que sólo reaccionan a ciertas condiciones ópticas ", explica el físico Empa Pierangelo Groening. Necesarias para estas, son transparentes, fuertemente fluorescentes, películas delgadas, por lo que Groening y Barranco desarrollado un proceso de deposición de plasma, para almacenar fluorescentes moléculas de colorante como metalo - propinas, perylenes y ftalocianinas sin modificar y en altas concentraciones en SiO₂ o TiO₂ capas.

Pronto se hizo evidente, que si ciertas moléculas de gas depositado en las partículas de colorante en las películas delgadas, entonces esta fluorescencia a longitudes de onda diferentes y la fina película cambia de color, como resultado. Si se utilizan diferentes colorantes luego los gases que son tóxicos, para los seres humanos pueden ser detectados en concentraciones muy bajas.

Sin embargo, para muchas aplicaciones de sensores, es importante que el tiempo de respuesta sea lo más corta posible, algo que no es posible con capas compactas de plasma tinte. Es, por otra parte, posiblemente con capas que tienen una estructura muy porosa, parecida a la siesta de una alfombra a escala manométrica. Los científicos esperan obtener más beneficios de tales capas, ya que aumentan el área sobre la cual las moléculas de gas a ser detectado puede absorber, y también acortar las distancias de difusión, permitiendo que el sensor de responder con mayor rapidez. El físico entonces Ana Borrás desarrollado un proceso de deposición al vacío para la síntesis de nuevos Nanocables orgánicos.

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Mientras tanto, los investigadores Empa hecho progresos, aprender a fabricar Nanocables, con muy amplia variedad de características con una selección adecuada de la molécula de partida y las condiciones experimentales. Nanocables de moléculas metalo - ftalocianina tienen un diámetro de tan sólo 10 a 50 nanómetros y una longitud de hasta 100 micras. Lo que es inusual e inesperado sobre el nuevo método es que al controlar exactamente la temperatura del substrato, el flujo de molécula de sustrato y el tratamiento, los Nanocables orgánicos desarrollar un hasta ahora desconocido, estructura perfectamente monocristalino.

Bajo el microscopio electrónico de barrido (SEM), el paladio octaethyl nano - porfiriana, láminas y Nanocables crecen, en un Nanocables perileno que ha sido bombardeada con partículas de plata. Crédito: Empa

Inmediatamente después de los estudios se realizaron los primeros, con el microscopio de electrones, es evidente que Groening que el nuevo proceso no sólo suministrarían Nanocables para los sensores de gas, sino también permitirá crear complejos "circuitos de Nanocables eléctricos", para aplicaciones de electrónicos y optoelectrónicas, como células  solares, los transistores y diodos. Esto se debe a los diferentes tipos de Nanocables, pueden combinarse para formar redes con una amplia variedad de propiedades, como Groening y el informe compañeros de trabajo en la revista científica Materiales Avanzados.

El truco para lograr esto, se encuentra en una segunda fase en la que los Nanocables, que crecen en la superficie son " decoradas "con las nano partículas de plata mediante un proceso de pulverización catódica - revestimiento. Un objetivo, en este caso una pieza de plata maciza, se bombardea con iones energéticos, golpeando de átomos de plata, que entran en la fase gaseosa y se depositan en los Nanocables. En un último paso, el equipo de Empa ahora crece más Nanocables que, gracias a las partículas de plata, están en contacto eléctrico con los cables originales - la base de un circuito eléctrico en la escala manométrica.

Las primeras mediciones de la conductividad eléctrica, realizada con la ayuda de una punta de cuatro microscopio de barrido de túnel, en ultra alto vacío, superó las expectativas más optimistas - el material, es de una calidad inusualmente alta. "Esto abre la posibilidad para pronto poder producir materiales orgánicos semiconductores "dice Groening confianza." Y eso, también, usando un proceso sencillo y económico”. Mientras tanto, los investigadores han conseguido sintetizar estructuras cada vez más complejo de Nanocables, y logró unir estas juntas con una buena dosis de habilidad y un toque seguro.

Tomemos, por ejemplo, Nanocables formados por elementos elaborados con diferentes moléculas de partida. Si estas moléculas puede transportar ya sea único positivo o sólo cargas negativas, entonces se crea un diodo que permite que la corriente fluya en una sola dirección. Groening especula que es muy posible que un día los componentes de nanolectronics nanofotónica y se hará uso de esta técnica.

Más información: A. Borrás, O. Groening, J. Koeble, P. Groening: Nanocables Orgánica: Conexión de nanocables orgánicos, materiales avanzados, vol. 21, número 47, pp. 4816 a 4819; DOI: 10.1002/adma.200901724

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