Con la posibilidad en el futuro de una producción masiva de electrónica a escala molecular, diversas demostraciones se han realizado de las capacidades que los materiales atómicamente finos pueden aportar a la electrónica: como son el tamaño extremadamente pequeño, el excelente rendimiento y algunas propiedades distintivas. Pero casi todas estas demostraciones requerÃan que la electrónica que se probaba se ensamblara básicamente a mano. Los materiales como el grafeno suelen colocarse en una superficie al azar y luego se construye el cableado necesario para que funcione alrededor de ese lugar. TodavÃa no es exactamente una receta para la producción en masa.
Los avances han sido limitados. Uno de los esfuerzos más recientes consistió en utilizar grafeno y disulfuro de molibdeno para fabricar el transistor con la menor longitud de puerta. En este caso, los dos materiales atómicamente finos debÃan colocarse con cuidado, pero no exactamente. El material sobrante se eliminó por grabado y la caracterÃstica clave se hizo cortando la hoja de grafeno.
Esta semana se ha dado un paso diferente con la quÃmica en la construcción de estos minúsculos dispositivo. Un equipo de investigación unió los dos materiales utilizados en el estudio anterior, el grafeno y el disulfuro de molibdeno, utilizando una única molécula puente que podÃa reaccionar con cada uno de ellos. La quÃmica de la molécula puente también influyó en el comportamiento de un dispositivo fabricado con este método.
Dos por uno
El grafeno y el disulfuro de molibdeno forman láminas de un solo átomo de grosor: todos los enlaces quÃmicos que mantienen unida la lámina la obligan a tener una estructura plana. Son una combinación útil porque tienen propiedades diferentes. El disulfuro de molibdeno es un semiconductor, mientras que el grafeno suele conducir bien la electricidad (aunque puede convertirse en un semiconductor si se le da el entorno adecuado). Normalmente, los dispositivos en los que intervienen los dos materiales se construyen simplemente colocando uno encima del otro. Unas débiles interacciones llamadas fuerzas de Van der Waals los mantienen unidos.
El grupo, con sede en España, que está detrás de este trabajo, decidió intentar construir algo un poco más fuerte. Se han identificado muchas sustancias quÃmicas que pueden romper los enlaces en el plano de uno u otro de estos materiales y adherirse quÃmicamente a la superficie de la lámina. A niveles suficientemente altos, esta reacción harÃa que la lámina se desprendiera. Pero mientras los niveles de estas reacciones se mantengan lo suficientemente bajos, la lámina permanecerá intacta y tendrá una escasa capa de la sustancia quÃmica reactiva.
El nuevo trabajo pretende crear una única molécula que actúe como puente entre el grafeno y el disulfuro de molibdeno. En un extremo del puente, hay un grupo quÃmico que reacciona con el disulfuro de molibdeno. En el otro, hay un grupo quÃmico que interactúa con el grafeno. En medio hay un anillo de benceno corto y poco reactivo.
Partiendo de unas escamas de disulfuro de molibdeno, los investigadores llevaron a cabo una reacción que unÃa el puente a la escama. Después, colocaron las escamas con láminas de grafeno, donde el otro extremo de la molécula del puente reaccionó con el grafeno. El resultado fue una lámina de grafeno decorada con copos de disulfuro de molibdeno, con los dos conectados a través de la molécula puente.
Un dispositivo alterado
Para fabricar un dispositivo con el material enlazado, la hoja de grafeno se colocó sobre un sustrato de silicio y se flanqueó con electrodos. El silicio podÃa utilizarse para controlar el flujo de corriente a través del grafeno de un electrodo a otro. Esto permitió a los investigadores comprobar su comportamiento en varios estados de alteración quÃmica.
Dado que el silicio transportaba suficiente carga para convertir el grafeno en un semiconductor, la simple colocación de disulfuro de molibdeno a través de él sin ningún puente quÃmico provocarÃa la presencia de más electrones en el grafeno. Esto lo convertirÃa en un semiconductor de tipo n (n de negativo). Por el contrario, la unión de la molécula puente con el grafeno por sà sola provocarÃa la extracción de electrones del grafeno, convirtiéndolo en un semiconductor de tipo p (p de positivo).
Con la combinación completa de grafeno-puente-disulfuro de molibdeno, las dos sustancias quÃmicas unidas al grafeno se compensan en parte. La molécula puente seguÃa convirtiendo el grafeno en un semiconductor de tipo p, pero el efecto era más débil debido a la presencia del disulfuro de molibdeno.
Este trabajo demuestra que es posible ajustar las propiedades conductoras del grafeno añadiéndole otras sustancias quÃmicas. Puede ser factible construir una gran biblioteca de moléculas puente que alteren el comportamiento del grafeno de diferentes maneras.
Utilizando la quÃmica es posible construir estructuras funcionales que impliquen a más de un material atómicamente delgado. Por ejemplo, podrÃa ser viable colocar una lámina de grafeno, grabar todo lo que no sea necesario y, a continuación, utilizar la quÃmica para enlazar otro material atómicamente fino con él. Asà se podrÃa evitar el problema de los materiales que se colocan al azar en lo que se supone que es un dispositivo compacto.
Pero por otro lado, los copos de disulfuro de molibdeno son diminutos en comparación con las láminas de grafeno. Asà que lo que se obtiene es una lámina de grafeno en la que sólo una parte está cubierta por disulfuro de molibdeno, una parte que está muy por debajo de la mitad. Esto es suficiente para influir en el comportamiento del grafeno, pero no necesariamente para crear un dispositivo que requiera amplias interacciones entre el grafeno y el disulfuro de molibdeno.
Es factible que se pudea aumentar la eficiencia y convertir esto en una técnica de fabricación. Pero para llegar a ese punto, antes el proceso necesitará algunas mejoras considerable.