El nanocable alcanza su límite: tres átomos de ancho

El logro corresponde a científicos de la Universidad de Stanford y del acelerador SLAC, con una nueva técnica que permite apilar átomos al estilo LEGO, que podría ser potencialmente utilizada para construir pequeños cables para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo tejidos que generan electricidad, dispositivos optoelectrónicos que emplean electricidad y luz, y materiales superconductores que conducen la electricidad sin ninguna pérdida. El estudio se ha publicado en Nature Materials.

"Lo que hemos demostrado aquí es que podemos hacer pequeños cables conductores del tamaño más pequeño posible que esencialmente se ensamblan", dijo Hao Yan, un investigador postdoctoral de Stanford y autor principal del artículo. "El proceso es una simple síntesis en un solo recipiente, se desechan los ingredientes y se obtienen resultados en media hora, es casi como si los diamantoides supieran a dónde quieren ir".

Aunque hay otras maneras de obtener materiales para auto-ensamblar, este es el primero que se muestra para hacer un nanocable con un núcleo sólido y cristalino que tiene buenas propiedades electrónicas, dijo el co-autor del estudio Nicholas Melosh, profesor asociado en SLAC.

Los hilos de tipo aguja tienen un núcleo semiconductor - una combinación de cobre y azufre conocido como chalcogenido - rodeado por los diamantoides unidos, que forman una cáscara aislante.

Su tamaño minúsculo es importante, dijo Melosh, porque un material que existe en sólo una o dos dimensiones - como puntos, alambres o láminas a escala atómica - puede tener propiedades muy diferentes, extraordinarias en comparación con el mismo material hecho a granel. El nuevo método permite a los investigadores reunir esos materiales con precisión y control átomo por átomo.

Los diamantoides que utilizaron como herramientas de montaje son diminutas jaulas de carbono e hidrógeno. Se encuentran naturalmente en los fluidos del petróleo, que son extraídos y separados por el tamaño y la geometría en laboratorio.

Para este estudio, el equipo de investigación aprovechó el hecho de que los diamantoides están fuertemente atraídos entre sí, a través de lo que se conoce como fuerzas de van der Waals. (Esta atracción es lo que hace que los diamantoides microscópicos se agrupan en cristales de azúcar, que es la única razón por la que se pueden ver a simple vista).

Comenzaron con los diamantoides más pequeños posibles - jaulas individuales que contienen sólo 10 átomos de carbono - y unieron un átomo de azufre a cada uno. Flotando en una solución, cada átomo de azufre se unió con un solo ión de cobre. Esto creó el bloque básico del nanocable.

Los bloques de construcción entonces se desplazaron uno hacia el otro, atraídos por la atracción de van der Waals entre los diamantoides y unidos a la punta creciente del nanocable.

"Al igual que los bloques LEGO, sólo se ajustan en ciertas formas que están determinadas por su tamaño y forma", dijo el estudiante graduado Stanford Fei Hua Li, que jugó un papel crítico en la síntesis de los cables pequeños y en averiguar cómo crecieron. "Los átomos de cobre y azufre de cada bloque de construcción se enrollaron en el centro, formando el núcleo conductor del alambre, y los diamantóides más voluminosos se concentraron en el exterior, formando la cáscara aislante".