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Nanotubos y Nanodrive




Enviado por pelaezj



    Adiós silicio, hola
    nanoelectrónica

    1. Objetivos
    2. Quienes
      son?
    3. Reseña
      histórica
    4. Noticias resientes (estado del
      arte)
    5. Tubos
      retorcidos
    6. Nanocircuitos
    7. Los
      fullerenos
    8. Propiedades y aplicaciones
      extremas de los nanotubos
    9. Donde se destacan los
      nanotubos
    10. Nanounidades de
      memoria
    11. Conclusiones
    12. Anexos: mapa
      mental
    13. Referencias

    INTRODUCCIÓN

    La historia de la humanidad se
    ha visto por momentos interrumpida por grandes revoluciones
    científicas y tecnológicas que han cambiado el
    curso de la historia, y en ocasiones el comportamiento
    y hábitos del hombre.

    En un futuro a mediano plazo viviremos la próxima
    revolución
    de la electrónica, donde pasaremos de la
    microelectrónica a la nanoelectrónica, donde la
    velocidad de
    procesamiento y el tamaño de los dispositivos
    disminuirá considerablemente.

    En Mayo del 2002 IBM anuncia que ha mejorado sus
    transistores
    de nanotubos de carbono (CNT,
    por sus siglas en inglés)
    de tal forma que su rendimiento es mayor que el de los más
    avanzados transistores de silicio. Uno de los Investigadores del
    centro de investigaciones
    T.J. Watson Research Center de IBM, situado en Nueva York,
    decía,

    "Es como si hubiésemos desarrollado anteriormente
    un nuevo tipo de lámpara eléctrica que funcionaba,
    pero que necesitaba altos voltajes, no era muy brillante y uno
    tenía que encender todas las luces de la casa a la vez.
    Ahora, podemos hacer que las lámparas sean más
    brillantes, que usen menos potencia, y
    encenderlas y apagarlas individualmente".

    Adicionalmente y de forma independiente al desarrollo e
    investigaciones en nanotubos que se mostrara en el trabajo, se
    incluirá la puesta en marcha de un dispositivo con
    tecnología
    nanométrica, una nanounidad de memoria del
    proyecto
    Milpiés de IBM, un dispositivo micromecánico con
    componentes nanoscopicos, que podrá imponerse en un futuro
    en los limites físicos a los que se aproximan los
    dispositivos actuales de almacenamiento
    digital que impedirán que sus capacidades
    aumentes.

    En pocas palabras estamos a puertas de una nueva
    oportunidad, un BUM en la miniaturización, y por
    consiguiente en todos los sistemas de alto
    rendimiento y fidelidad; cuando el desarrollo de chips alcance la
    barrera física
    en que el silicio ya no pueda ser más pequeño. Es
    decir, un plazo aproximado de entre 10 a 15 años
    calculados por la ley de
    Moore.

    OBJETIVOS

    Con el desarrollo de este trabajo de quiere dar una gran
    visión de la cantidad de innovaciones, y dispositivos
    electrónicos que esperamos para las próximas
    décadas.

    Orientar al lector a interesarse por las nuevas barreras
    que se están rompiendo, para la creación de mas
    variados y mejores productos
    electrónicos que integren todo tipo de adelantos en la
    física de los materiales, y
    descubrimientos en otras áreas del conocimientos que se
    puedan integrar a la nanoelectrónica.

    1. QUIENES
    SON?

    -Mas resistentes que el acero, más
    livianos que el aluminio,
    más conductores que el oro, son los súper
    nanotubos. Fibras nanoscópicas, formadas por arreglos
    hexagonales de átomos de carbono.

    -Ahora por su parte el nanodrive, es una nanounidad de
    memoria, inventada como un dispositivo nanotecnológico
    pensado y diseñado para producirse a escala industrial
    alrededor del 2005, es un proyecto de IBM llamado milpiés
    un dispositivo micromecánico con componentes
    nanoscopicos

    2. RESEÑA
    HISTÓRICA

    Hace unos once años Sumio Iijima, sentado
    ante su microscopio
    electrónico en el laboratorio de
    Investigación Fundamental de NEC en
    Tsukuba, observaba unas extrañas fibras
    nanoscópicas depositadas sobre una mota de hollín.
    Constituidas por carbono, y de forma tan regular y
    simétrica como los cristales, estas macromoléculas
    de primorosa finura e impresionante longitud no tardaron en
    llamarse nanotubos. Desde entonces han sido objeto de intensa
    investigación básica. Se ha dado paso un paso
    más. Ahora interesa también la ingeniería. Muchas de las propiedades
    extraordinarias de los nanotubos, superlativa elasticidad,
    resistencia a la
    tracción y estabilidad térmica, han desatado la
    imaginación, que sueña con robots
    microscópicos, carrocerías de automóviles
    resistentes a las abolladuras y edificios a prueba de terremotos.
    Sin embargo, los primeros productos que incorporan nanotubos no
    lo hacen en razón de tales atributos, sino en virtud de
    sus propiedades eléctricas. Algunos automóviles de
    General Motors incluyen piezas de plástico a
    las que se añaden nanotubos; el material plástico
    se carga eléctricamente durante la fase de pintura para
    que ésta se adhiere mejor. Muy pronto saldrán al
    mercado dos
    productos de iluminación y presentación visual
    basados en nanotubos.

    A largo plazo, las aplicaciones más valiosas
    sacarán mayor partido de las singulares propiedades
    electrónicas de los nanotubos. En principio, lo nanotubos
    de carbono pueden desempeñar el mismo papel que
    cumple el silicio en los circuitos
    electrónicos, pero a escala molecular, donde el silicio y
    otros semiconductores
    dejan de funcionar. Aunque la industria
    electrónica está llevando a las dimensiones
    críticas de los transistores en los chips comerciales por
    debajo de 200 nanómetros, unos 400 átomos de
    anchura, los ingenieros se enfrentan con grandes
    obstáculos para avanzar en la miniaturización. De
    aquí a 10 años, los materiales y los procesos sobre
    los que se ha basado la revolución informática comenzarán alcanzar su
    límite físico infranqueable. Todavía hay
    enormes incentivos
    económicos para reducir aún más los
    dispositivos, porque la velocidad, la densidad y el
    rendimiento de los ingenios microeléctricos
    aumentarán con la reducción del tamaño
    mínimo de los componentes. Los experimentos de
    los últimos años han dado esperanzas a los
    investigadores de que podrían fabricarse con nanotubos las
    conexiones y los dispositivos activos de un
    tamaño de diez nanómetros o inferior. Incorporados
    los nanotubos en circuitos electrónicos, éstos
    operarían más deprisa y sin consumir tanta
    energía como los actuales.

    Los primeros nanotubos de carbono que observó
    Iijima en 1991 se denominaron TUBOS DE PAREDES
    MÚLTIPLES
    ; Cada uno contenía cierto
    número de cilindros huecos de átomos de carbono
    anidados a la manera de una esponja. Dos años
    después, Iijima y Donald Bethune, éste de IBM,
    crearon cada uno por lado NANOTUBOS DE PARED ÚNICA,
    formados exclusivamente de una capa de átomos de carbono.
    Ambos tipos de tubos, fabricados de modo parecido, gozan de
    muchas propiedades similares; las obvias, su longitud y
    estrechez, enormes. El modelo de
    pares única, de un nanómetro aproximado de
    diámetro, puede abarcar miles de nanómetros de
    longitud.

    Los que confiere a estos tubos su estabilidad notable es
    la intensidad con que se unen los átomos de carbono entre
    sí, propiedad que
    explica la dureza del diamante. En este mineral, los
    átomos de carbono se unen en un tetraedro de cuatro lados.
    Sin embargo, en los nanotubos los átomos se disponen en
    anillos hexagonales, la misma estructura que
    caracteriza al gráfico; de hecho un nanotubo parece una
    lámina (o varias láminas apiladas) de
    gráfico enrollada en un cilindro sin costuras. No se sabe
    a ciencia cierta
    por qué los átomos se condensan en tubos, pero
    parece que pueden crecer añadiendo átomos a sus
    extremos, igual que una tejedora va agregando puntos a la manga
    de un jersey.

    3. NOTICIAS RESIENTES (Estado del
    Arte)

    El campo de la Nanotecnología y los nanotubos aun
    esta en su etapa temprana de infancia, por
    esa razón se citarán a continuación algunas
    de las noticias más relevantes que han ocurrido en el
    transcurso de los pocos años este siglo, siendo un gran
    protagonista de innovaciones la Compañía IBM con
    sus fabulosos Laboratorios de investigación.

    3.1. Gran avance de IBM podría dar
    lugar a integrados más pequeños

    (30 de abril, 2001,www.cnnenespanol.com)

    NUEVA YORK, Estados Unidos
    IBM anunció que sus científicos han hecho un avance
    de tal magnitud en el ámbito de la tecnología
    utilizada para fabricar transistores, que algún día
    podría dar lugar a la creación de una nueva clase
    de circuitos
    integrados comerciales mucho más rápidos y
    pequeños.

    Los investigadores divulgaron que han construido la
    primera matriz de
    transistores hecha de nanotubos de carbono -minúsculas
    estructuras
    cilíndricas de carbono, unas 50.000 veces más
    delgadas que el cabello humano.

    Según IBM, ya habían logrado construir
    transistores 500 veces más pequeños que los
    actuales transistores de silicio mediante este material, pero
    recién ahora han descubierto un proceso que
    les permitiría fabricarlos en forma masiva.

    "Podemos fabricar buenos semiconductores a partir de
    nanotubos de carbono", dice Tom Theis, director de ciencias
    físicas para el departamento de investigación de
    IBM.

    "Lo que nuestra gente ha estado haciendo es tratar de
    descubrir cómo hacerlos mejores y más
    rápidos para poder
    continuar estudiando sus propiedades y desarrollándolos",
    agrega. "Nuestro objetivo a
    largo plazo es llegar a determinar si serán lo
    suficientemente buenos como para reemplazar al silicio en los
    dispositivos microelectrónicos".

    10 átomos de ancho

    Los investigadores de IBM dicen que han descubierto un
    proceso mediante el cual pueden crear tandas de transistores
    nanotubulares de tan sólo 10 átomos de ancho. Hasta
    ahora, los nanotubos debían ser ubicados uno por uno u
    obtenidos por azar, informó IBM.

    Los científicos están en busca de nuevos
    materiales y métodos de
    producción que permitan aumentar aún
    más la capacidad de los integrados, ya que se espera que
    en el transcurso de esta década o la siguiente se llegue a
    un punto en que sea físicamente imposible continuar
    miniaturizando los integrados de silicio.

    Los nanotubos de carbono constituyen la fibra más
    resistente que pueda encontrarse en la naturaleza,
    debido a la fuerza de sus
    uniones, la misma que hace tan duros a los diamantes. Es por ello
    que podrían ser utilizados para construir toda clase de
    materiales ultra livianos y ultra resistentes. IBM estudia los
    nanotubos de carbono ya que son conductores eléctricos
    extremadamente buenos, dice Theis, lo cual los convierte en
    cables excelentes.

    "Pueden transportar mayor corriente por área,
    más electrones por cada pequeña sección de
    tubo que cualquier otro conductor conocido", dice. "Mucho
    más de lo que podría transportarse a través
    de un cable de cobre, que
    actualmente se utiliza para los integrados".

    Theis agrega que cuando los tubos son alineados en una
    estructura recta pueden formar un cable, pero mediante una
    torcedura o muesca en la estructura se convierten en
    semiconductores.

    Desarrollo inminente

    Un semiconductor conduce sólo la cantidad de
    electricidad
    necesaria para poder encenderlo o apagarlo aplicando un campo
    eléctrico. Así es como funcionan los
    transistores, y como se trabaja actualmente con los integrados de
    silicio.

    "Lo mismo se puede hacer con un nanotubo de carbono",
    dice Theis.

    El gran logro de IBM ha sido el de superar la tendencia
    natural de estas dos estructuras –la recta y la retorcida que
    produce semiconductores– a adherirse una con otra. Si ello
    ocurre, se pierde la capacidad de aplicar corriente al
    semiconductor.

    El proceso desarrollado por IBM consiste en aplicar una
    máscara de protección sobre los tubos
    semiconductores, aislándolos efectivamente de la
    electricidad. Luego se aplica una descarga eléctrica que
    destruye los tubos metálicos que no son semiconductores,
    dejando intactos a los que sí lo son.

    IBM espera poder tener esta tecnología lista para
    el desarrollo de productos en un plazo de tres
    años.

    3.2. IBM sustituye el silicio por los
    átomos de carbono

    (20/05/2002, por www.Baquia.com)
    El viejo Gran Azul asegura en la publicación Applied
    Physics Letters haber creado un nuevo tipo de chip que supera con
    creces las prestaciones
    de los tradicionales fabricados con silicio, reduciendo
    significativamente su tamaño, por lo que puede ser la
    clave de futuras computadoras
    mucho más pequeñas y potentes. La principal
    compañía fabricante de computadoras personales ha
    empleado unos nanotubos, elaborados con átomos de
    carbono.

    Pero de todas maneras, como asegura el director de
    nanotecnología de IBM Research Phaedon Avouris, "el
    (pequeño) tamaño es muy importante, pero esta
    ligeramente sobredimensionado". Lo realmente trascendental es la
    potencia que demuestren estos chips, y lo cierto es que superan
    con creces a sus hermanos de silicio y metal ya que son capaces
    de doblar la cantidad de electricidad que transportan.

    Los investigadores llevan desde hace tiempo estudiando
    posibles sustitutos del silicio, ya que se calcula teniendo en
    cuenta la ley de
    Moore
    (el número de transistores en un
    chip se dobla cada 18 meses) que en unos 10 o 15 años
    sería imposible seguir mejorando los chips si se
    continúa empleando ese material. Y ya se veía desde
    hace bastante que la respuesta iba a estar en la
    Nanotecnología, la ciencia que
    maneja las cosas a escala molecular y que aún está
    en su primera infancia.

    3.3. IBM
    demuestra
    que los nanotubos pueden ser mejores que el
    silicio.

    (22/05/2002, Dealer World, www.idg.es/dealer)
    IBM "International Business Machines Corporation" acaba de
    anunciar que ha mejorado sus transistores de nanotubos de carbono
    (CNT, por sus siglas en inglés) de tal forma que su
    rendimiento es mayor que el de los más avanzados
    transistores de silicio.

    Microfotografías electrónicas de los
    nanotubos

    Los CNT "Carbon Nanotubes Transistors"son
    moléculas en forma de tubo con una configuración
    tal para constituir un transistor. Los
    científicos del centro de investigaciones T.J. Watson
    Research Center de IBM, con su director Shalom Wind. situado en
    Nueva York, han logrado la mayor capacidad de conducción
    de corriente de cualquier transistor CNT hasta la fecha y
    más del doble que los transistores de silicio más
    avanzados, según IBM. Sin embargo, no se espera que los
    CNT reemplacen al silicio hasta que el desarrollo de chips
    alcance la barrera física en que el silicio ya no pueda
    ser más pequeño. Es decir, un plazo aproximado de
    entre 10 a 15 años.

    Los prototipos desarrollados en los laboratorios
    mostraron excelentes características eléctricas, con
    facilidad para encenderse y apagarse y conducir electricidad
    incluso a bajos voltajes. Este último avance es importante
    si se tiene en cuenta que los anteriores prototipos necesitaban
    tensiones de hasta 20 voltios para encenderse y
    apagarse.

    Estos intentos previos se basaban en una oblea de
    silicio, usando el silicio mismo para controlar el flujo de
    electricidad. Esto funcionaba, pero significaba que todos los
    transistores tenían que encenderse y apagarse a la vez.
    Sin embargo, la nueva estructura establece la entrada y salida de
    electricidad sobre el propio nanotubo, añadiendo una
    delgada capa aislante de dióxido de silicio, lo que hace
    que se "parezca a un transistor de silicio, pero con un delgado
    nanotubo en lugar de una lámina plana de silicio". El
    nuevo transistor de nanotubo de carbono puede encenderse con una
    tensión de 1 voltio o menos, como resultado de esta capa
    aislante, y operar de manera independientemente.
    Para ejemplificar este avance, Wind ponía un claro
    ejemplo. "Es como si hubiésemos desarrollado anteriormente
    un nuevo tipo de lámpara eléctrica que funcionaba,
    pero que necesitaba altos voltajes, no era muy brillante y uno
    tenía que encender todas las luces de la casa a la vez.
    Ahora, podemos hacer que las lámparas sean más
    brillantes, que usen menos potencia, y encenderlas y apagarlas
    individualmente".

    Esta investigación pone a la tecnología de
    nanotubos de carbono más cerca de convertirse en una
    opción viable para reemplazar al silicio.

    3.4. Proyecto 'MILLIPEDE' de IBM demuestra
    densidades de datos del orden
    de billones de bits.

    Publicado en Junio del 2002, inaugural issue of IEEE
    Transactions on Nanotechnology.

    México, D.F., 26 de junio de 2002.- Una densidad
    de datos de 25 DVD´s,
    en un area de 3mm2 fue lograda por IBM con su proyecto
    milpiés "Millipede". Sacando partido de diversas
    tecnologías innovadoras, científicos de IBM han
    demostrado densidades de almacenamiento de datos del orden de un
    billón de bits por pulgada cuadrada, 20 veces superiores a
    las máximas densidades de almacenamiento magnético
    actualmente disponibles.

    Esta notable densidad, suficiente para almacenar 25
    millones de páginas de texto en una
    superficie del tamaño de un sello postal, es uno de los
    logros científicos alcanzados por los investigadores que
    participan en el proyecto llamado en código
    "Millipede". En lugar de usar medios
    magnéticos o electrónicos tradicionales para
    almacenar datos, Millipede usa miles de afiladas puntas de escala
    nanométrica para crear muescas que representan bits
    individuales en una delgada película de plástico.
    El resultado es semejante a una versión
    nanotecnológica de la venerable "tarjeta perforada" para
    procesar datos.

    Este método
    único es de escala más pequeña que las
    tecnologías tradicionales y, además de ser
    reescribible, puede operarse con menos requisitos
    energéticos. Los científicos de IBM creen que es
    posible alcanzar densidades de almacenamiento incluso mayores.
    "Puesto que una punta de escala nanométrica puede
    singularizar átomos individuales, prevemos mejoras
    ulteriores más allá de este fantástico hito
    terabit", comentó Gerd Binnig, ganador del Premio Nobel y
    una de las fuerzas impulsoras del proyecto Millipede. "Si bien
    las tecnologías de almacenamiento actuales pueden estar
    llegando a sus límites
    fundamentales, este enfoque nanomecánico es potencialmente
    válido para multiplicar miles de veces la densidad de
    almacenamiento de datos".

    La demostración terabit empleó una sola
    punta que hacía muescas de sólo 10
    nanómetros de diámetro, cada marca es 50.000
    veces más pequeña que el punto en que concluye esta
    oración. Aún cuando el concepto se ha
    demostrado usando un montaje experimental de más de 1.000
    puntas, el equipo de investigación está
    desarrollando ahora un prototipo que se espera completar a
    principios del
    año próximo y que despliega más de 4.000
    puntas simultánea activas en un campo de 7 mm cuadrados.
    Tales dimensiones permitirán empacar un sistema completo
    de almacenamiento de datos de gran capacidad en el formato
    más pequeño usado ahora por la memoria
    relámpago.

    Aunque en el cercano plazo no se espera que la memoria
    relámpago exceda capacidades de 1 a 2 GB, la
    tecnología Millipede podría empacar de 10 a 15 GB
    de datos en el mismo formato diminuto, sin requerir más
    potencia para operar el dispositivo.

    "El proyecto Millipede podría brindar tremendas
    capacidades de datos a dispositivos móviles tales como
    asistentes personales digitales, teléfonos celulares y
    relojes multifuncionales", comenta Peter Vettiger, líder
    del proyecto Millipede. "Además de eso, estamos explorando
    el uso de este concepto en otras aplicaciones diversas, por
    ejemplo en procesos gráficos microscópicos de
    superficies grandes, en litografías de escala
    nanométrica y en la manipulación atómica o
    molecular".

    4. TUBOS RETORCIDOS

    La composición y la geometría
    de los nanotubos de carbono engendran, con independencia
    de su formación, una complejidad electrónica
    única. Ello se debe, en parte, al tamaño, pues no
    olvidemos que la física cuántica manda a escala
    nanométrica. Pero el propio grafito constituye, de suyo,
    un material muy especial. Si la mayoría de los conductores
    eléctricos son o metales o
    semiconductores, el grafito pertenece al grupo
    restringido de los semimetales, instalado, en un delicado
    equilibrio, en
    la zona de transición entre aquéllos. Combinando
    las propiedades semimetálicas del grafito con las reglas
    cuánticas de niveles de energía y ondas
    electrónicas, los nanotubos de carbono surgen como
    conductores exóticos.

    Impone cierta regla del mundo cuántico que los
    electrones se comporten como partículas; las ondas
    electrónicas se amplifican o cancelan entre sí. Por
    consiguiente, un electrón que se distribuya alrededor de
    la circunferencia de un nanotubo puede autocancelarse por
    completo; y quedarán sólo los electrones con
    idéntica longitud de onda correcta. De todas las posibles
    longitudes de onda electrónicas, o estados
    cuánticos, que haya en una lámina plana de grafito,
    sólo un pequeño conjunto estará permitido
    cuando se enrolle para formar un nanotubo. El conjunto
    dependerá de la circunferencia del nanotubo, como
    también de si el nanotubo se retuerce a la manera de los
    anuncios luminosos de una barbería.

    Al rebanar unos cuantos estados electrónicos de
    un metal o un semiconductor simples no se producen muchas
    sorpresas. Los semimetales, en cambio, son
    mucho más sensibles. Y, por tales, más interesantes
    los nanotubos de carbono. En una lámina de gráfico,
    el punto de Fermi, cierto estado electrónico
    específico, confiere al gráfico casi toda la
    conductividad que esgrime; en ningún otro estado gozan de
    libertad de
    movimiento los
    electrones. Sólo un tercio de todos los nanotubos de
    carbono combina el diámetro correcto y el correspondiente
    grado de torsión para incluir este punto de Fermi especial
    en su conjunto de estados permitidos. Estos nanotubos son
    auténticos nanofilamentos metálicos.

    Los dos tercios restantes de nanotubos son
    semiconductores. Eso significa que necesitan, igual que el
    silicio, una aportación adicional de energía para
    dejar fluir la corriente. Una ráfaga de luz o un voltaje
    pueden llevar los electrones desde los estados de valencia hasta
    los estados de conducción, donde se mueven con libertad.
    La cantidad de energía requerida depende de la
    separación entre ambos niveles, es decir, del intervalo de
    banda de un semiconductor. Gracias a esos intervalos los
    semiconductores resultan tan útiles en los circuitos.
    Merced a un amplio repertorio de materiales con diferentes
    intervalos de banda, los ingenieros han creado la rica
    batería actual de dispositivos
    electrónicos.

    Los nanotubos de carbono no tienen todos el mismo
    intervalo de banda, porque para cada uno circunferencia existe un
    conjunto exclusivo de estados permitidos de valencia y de
    conducción. Los nanotubos de carbono no tienen todos el
    mismo intervalo de banda, porque para cada circunferencia existe
    un conjunto exclusivo de estados permitidos de valencia y de
    conducción. Los nanotubos de menor diámetro cuentan
    con muy pocos estados muy separados en energía. Al
    aumentar el diámetro de los nanotubos, se admiten cada vez
    más estados y la distancia entre ellos acorta. Acontece,
    pues, que nanotubos de diferente tamaño pueden tener
    intervalos de banda nulos (cero, igual que un metal), de la
    magnitud del intervalo de banda del silicio o de casi cualquier
    valor entre
    ambos extremos. Ningún otro material conocido puede
    afinarse con semejante facilidad. Pero el crecimiento de los
    nanotubos produce todavía un montón de
    geometrías dispares. por eso los investigadores se afanan
    en la búsqueda de mecanismos que nos garanticen tipos
    específicos de nanotubos.

    Los nanotubos gruesos de pared múltiple pueden
    desarrollar incluso un comportamiento más complejo. Cada
    capa del tubo presenta una geometría algo distinta. Si
    pudiéramos diseñar a medida la composición
    de cada uno, se habría cumplido el sueño de
    fabricar tubos con pared múltiple que sean autoaislantes o
    que transporten señales múltiples al instante, como
    cables coaxiales nanoscópicos. Nuestro conocimiento y
    control del
    crecimiento de los nanotubos se hallan muy lejos de tales metas.
    No obstante, al incorporar nanotubos en circuitos operativos
    hemos comenzado, por lo menos, a desentrañar sus
    propiedades básicas.

    5. NANOCIRCUITOS

    (llegando a los Terahertz en la velocidad
    de conmutación de los transistores)

    Varios grupos de
    investigación, han construido con éxito
    dispositivos electrónicos operativos a partir de nanotubos
    de carbono. En algunos transistores de efecto de campo (FET)
    utilizan nanotubos semiconductores sencillos entre dos electrodos
    metálicos para crear un canal por donde circulan los
    electrones. La corriente que fluye a través del mismo
    puede activarse o desactivarse aplicando voltaje a un tercer
    electrodo inmediato. Los dispositivos basados en nanotubos
    funcionan a temperatura
    ambiente con
    características eléctricas notablemente similares a
    los dispositivos comerciales de silicio. Otros grupos de
    investigación han encontrado que el electrodo de la puerta
    puede cambiar la conductividad del canal de nanotubo en un FET en
    un factor de un millón o más, equiparable a los FET
    de silicio. Debido a su minúsculo tamaño, sin
    embargo, el FET de nanotubo conmutaría sin errar y
    consumiendo mucha menos energía que un dispositivo de
    silicio . En teoría
    un conmutador fabricado a nanoescala podría trabajar a
    velocidades cronométricas de un terahertz o más,
    mil veces más deprisa que los procesadores
    disponibles.

    Ante el amplio abanico de intervalos de banda y
    conductividades propios de los nanotubos, son múltiples
    las posibilidades que se abren para nanodispositivos adicionales.
    En el laboratorio, al medir uniones de nanotubos metálicos
    y semiconductores se ha observado que estas se comportan como
    diodos,
    permitiendo que la electricidad circule en una sola dirección. En línea de principio,
    las combinaciones de nanotubos con diferentes intervalos de banda
    podrían convertirse en diodos emisores de luz y
    quizás en laseres nanoscópicos. Nada parece ahora
    impedir la evolución de un nanocircuito dotado de
    conexiones, conmutadores y elementos de memoria realizados con
    nanotubos y otras moléculas. Con esta ingeniería
    molecular podrían obtenerse, por fin, no solo versiones
    minúsculas de dispositivos al uso sino también
    otros nuevos que exploren los efectos
    cuánticos.

    Imagen de nanotubos depositados sobre
    electrodos de Oro (Au) fabricados

    mediante litografía por haz de
    electrones.

    Hasta ahora, apresurémonos a decirlo, los
    circuitos con nanotubos se han fabricado uno a uno y con sumo
    esfuerzo. Aunque aun no se ha determinado un único
    protocolo de
    construcción de los nanotubos y cada grupo
    de investigación sigue su propio protocolo para fijar un
    nanotubo a los electrodos metálicos tradicionales, en
    todos se recure a la combinación de litografía
    tradicional para los electrodos con herramientas
    de gran resolución, como microscopios de fuerza
    atómica, para colocar los nanotubos. Ni que decir tiene
    que queda un largo camino hasta la producción industrial,
    compleja, automatizada y paralela de microchips como la de
    silicio sobre la que asienta la industria
    informática.

    5.1. COMO FABRICARLOS "transistores e
    hilos de interconexiones "

    Partimos de que podamos pensar en la fabricación
    de una estructura de circuitos, fundada en nanotubos,
    habrá que encontrar métodos de desarrollo de
    nanotubos posiciones, orientaciones, formas y tamaños
    específicos. En la universidad de
    Stanford y en otras instituciones
    se ha demostrado que, colocando partículas de
    níquel, hierro o
    algún otro catalizador sobre un sustrato, se obtienen
    nanotubos que crecen donde se quiera. En Harvard se ha encontrado
    una forma de unir nanotubos con nanofilamentos de silicio,
    hilvanando conexiones a los circuitos fabricados por los medios
    habituales.

    5.1. FORMAS DE FABRICAR NANOTUBOS

    Volatilizar, Hornear o Bombardear

    Aunque Sumio Iijima fue el primero en ver un nanotubo,
    otros se adelantaron en si fabricación. Sin saberlo, los
    hombres de Neandertal fabricación cantidades
    minúsculas de nanotubos en las hogueras con que calentaban
    sus cuevas. Separados por el calor, los
    átomos de carbono se recombinan en el hollín; unos
    engendran glóbulos amorfos, otros unas esferas llamadas
    "buckybolas" y otros largas cápsulas cilíndricas,
    los "buckytubos" o nanotubos. La ciencia ha descubierto tres
    formas de fabricar hollín que contiene una
    proporción notable de nanotubos. Hasta ahora, sin embargo,
    los tres métodos sufren algunas limitaciones importantes:
    todos producen mezclas de
    nanotubos con una amplia gama de longitudes, muchos defectos y
    variedad de torsiones.

    Una gran chispa

    En 1992 Thomas Ebbeser y Pullickel M. Ajayan, del
    laboratorio de investigación Fundamental de NEC,
    publicaron en primer método de fabricación de
    cantidades macroscópicas de nanotubos. Consiste en
    conectar dos barras de grafito a una fuente de alimentación,
    separarlas unos milímetros y accionar un interruptor. Al
    saltar una chispa de 100 amperes de intensidad entre las barras,
    el carbono se evapora en un plasma caliente. Parte del mismo se
    vuelve a condensar en forma de nanotubos.

    Rendimiento normal: Hasta un 30 por ciento en
    peso.

    Ventaja: las altas temperaturas y los
    catalizadores metálicos añadidos a las barras puede
    producir nanotubos de pared única y múltiple con
    pocos defectos estructurales, si alguno.

    Limitaciones: Los tubos tienden a ser cortos (50
    micras o menos) y depositarse en formas y tamaños
    aleatorios.

    Un gas
    caliente

    Morinubo Endo, de la Universidad de Shinshu en Nagano,
    introdujo, en la fabricación de nanotubos, el
    método de la deposición química en fase vapor
    (CVD). Se coloca un sustrato en un horno, se calienta a 600
    gramos centígrados y lentamente se añade metano,
    gas, libera átomos de carbono, que se pueden recombinar en
    forma de nanotubos.

    Rendimiento normal: de 20 a casi 100 por
    cien.

    Ventajas: la técnica de CVD es el
    más sencillo de los tres métodos para su
    aplicación a escala industrial. Podría emplearse
    para fabricar nanotubos largos, necesarios en las fibras
    empleadas en materiales compuestos.

    Limitaciones: Los nanotubos fabricados así
    suelen ser de pared múltiple y a veces están
    plagados de defectos. De ahí que los tubos tengan
    sólo una décima de la resistencia a la
    tracción respecto a los fabricados por la descarga de
    arco.

    Un Bombardeo con láser

    Se acopaban un grupo de la Universidad de Rice, del
    bombardeo de un metal con pulsos intensos de láser para
    producir moléculas metálicas más
    extravagantes cuando les llegó la noticia del
    descubrimiento de los nanotubos. En su dispositivo sustituyeron
    el metal por barras de grafito. No tardaron en producir nanotubos
    de carbono utilizando pulsos de láser en lugar de
    electricidad para generar el gas caliente de carbono a partir del
    que se forman los naotubos. Ensayaron con varios catalizadores y
    lograron, por fin, las condiciones en que se producen cantidades
    prodigiosas de nanotubos de pared única.

    Rendimiento normal: Hasta un 70 por
    ciento.

    Ventajas: Producen nanotubos de pared
    única con una gama de diámetros que se pueden
    controlar variando la temperatura de reacción.

    Limitaciones: Este método necesita laseres
    muy costosos.

    Hablamos de tímidos pasos. Con todo, suficientes
    para entrever la aplicación de nanotubos de carbono como
    transistores e hilos de interconexiones en los circuitos de
    microchips. Estos filamentos, de unos 250 nanómetros de
    anchura, son metálicos. A los ingenieros les
    encantarían lograrlos mucho menores, para así
    integrar más dispositivos en la misma sección. Pero
    la miniaturización ulterior de los hilos metálicos
    ha de vencer dos dificultades imponentes. En primer lugar, no
    contamos todavía con un método eficaz para disipar
    el calor generado por los dispositivos; si apretaran más
    se provocaría un rápido sobrecalentamiento. En
    segundo lugar, al afilas los hilos metálicos y, en breve
    tiempo, los filamentos se degradarían, como fusibles
    fundidos.

    En teoría los nanotubos podrían resolver
    ambos problemas. Los
    nanotubos de carbono conducen el calor a la manera casi del
    diamante o al zafiro; idea que parece confirmada en experimentos
    provisionales. Los nanotubos podrían, pues, refrigerar
    eficientemente series muy densas de dispositivos. Además
    por ser los enlaces entre átomos de carbono mucho
    más fuertes que los de cualquier otro metal, los nanotubos
    pueden transportar enormes cantidades de corriente
    eléctrica; las medidas recientes muestran que un
    manojo de nanotubos de un centímetro cuadrado de
    sección transversal podría conducir unos mil
    millones de Amperé. Estas corrientes tan altas
    vaporizarían el cobre o el oro.

    6. LOS
    FULLERENOS

    Desde hace varios años se ha aprendido bastante
    sobre la estructura y propiedades del carbono en sus formas
    alotrópicas conocidas: el grafito, el diamante y
    fullerenos.

    En 1985 se descubrió la tercera forma
    alotrópica de carbono, se trataba de una sustancia donde
    cada molécula poseía sesenta átomos de
    carbono; este descubrimiento fue una antesala y un incentivo a la
    búsqueda de nuevos materiales llegando al descubrimiento
    coincidencial de los nanotubos.

    Los fullerenos son mucho más abundantes de lo que
    pensamos, incluso es posible que sean más abundantes que
    el grafito y el diamante; los podemos hallar en el humo y el
    hollín de combustiones, los hallamos al estudiar las
    estrellas y el espacio interestelar, o bien en las capas
    terrestres que nos muestran las eras
    geológicas del planeta, también se han hallado
    fullerenos en los meteoritos que caen a la tierra.
    Últimos estudios también señalan que cada
    organismo vivo presenta cierta cantidad de fullerenos en su
    composición, todos estos hechos, nos dan una noción
    del extenso campo de estudio y de las numerosas líneas de
    investigación que pueden nacer alrededor del estudio de
    los fullerenos.

    Los fullerenos son moléculas grandes como
    esferas. El más común es el C60 , pero
    hay de más carbonos como son, C70,
    C84, C240, C540 …, y
    también los hay de menos, los cuales por lo general
    presentan un arreglo geométrico cuasi esférico o en
    forma de elipsoide. En 1991 se detectó una forma
    más de carbono, el "nanotubo". Un nanotubo es un fullereno
    muy grande en forma lineal.

    6.1. Como se
    pueden
    ver los nanotubos?

    El desarrollo alcanzado por las áreas
    científicas conocidas como nanociencia y
    nanotecnología se debe, en parte, al descubrimiento y
    posteriores desarrollos del microscopio de fuerzas (AFM) y de
    efecto túnel (STM). Ambas Microscopías se han
    configurado como herramientas indispensables para interrogar las
    propiedades de sistemas de tamaño nanométrico. El
    carácter local y el preciso control de las
    interacciones electromagnéticas permite a estas técnicas
    la investigación del estado químico,
    mecánico o eléctrico de estructuras
    nanométricas, con independencia de la naturaleza de las
    nanoestructuras. Estas pueden ser de tipo semiconductor,
    moléculas orgánicas o moléculas
    biológicas. Las propiedades mencionadas de los
    microscopios de fuerzas y de efecto túnel pueden ser
    aprovechadas para desarrollar nuevas técnicas de
    modificación y manipulación de superficies a escala
    nanométrica. Esos métodos pueden

    constituir las bases para el desarrollo de nuevas
    técnicas de litografía por debajo de los
    10nm.

    Microscopio de Fuerza.

    7.
    PROPIEDADES Y APLICACIONES
    EXTREMAS DE LOS
    NANOTUBOS

    7.1. Estudio
    Teórico Experimental con Diferentes Elementos en el
    Interior de un nanotubo.

    La posibilidad de introducir metales, carburos u
    óxidos metálicos dentro de nanotubos de carbono de
    multicapas, puede alterar significativamente sus propiedades
    mecánicas y electrónicas. Algunas de las
    aplicaciones que tendrían lugar al sintetizar nanotubos
    llenos con ciertos metales serían: 1) Producir
    dispositivos de alta densidad de almacenamiento de datos
    utilizando nanotubos llenos con materiales magnéticos en
    su

    interior, formando así nanoalambres . 2) El uso
    de nanotubos de carbono como emisores de electrones para
    pantallas de TV y monitores de
    computadoras ultra delgados. Sin embargo, para poder emplear de
    forma comercial los nanotubos de carbono vacíos o llenos,
    es necesario controlar su crecimiento, longitud, diámetro
    y cristalinidad, así como reducir sus costos de
    producción.

    Hasta el momento sólo se ha reportado la
    formación de nanotubos alineados llenos con hierro por un
    método llamado de pirolisis, afortunadamente muchas
    tesis
    Doctórales en Nanotecnología o Electrónica
    están enfocando su camino en la investigación la de
    fabricación controlada de nanotubos.

    7.2.
    Tabla de propiedades
    .

    Propiedad

    Nanotubos de pared
    única

    Por
    comparación

    Tamaño

    0.6 a 1.8 nanómetros de
    diámetro

    La litografía de haz electrónico
    puede crear líneas de 50 nm de ancho.

    Densidad

    1.33 a 1.40 g/cm3

     

    El aluminio tiene una

    densidad de 2.7 g/cm3

    Resistencia a la tracción

    45 mil millones de

    pascales

    Las aleaciones de acero de alta resistencia se
    rompen a alrededor de 2 mil millones de
    pascales.

    Elasticidad

    Pueden doblarse a grandes ángulos y vuelven
    a su estado original sin daño.

    Los metales y las fibras de

    carbón se fracturan ante

    similares esfuerzos.

    Capacidad de transporte de corriente

    Estimada en mil millones de amperes por
    centímetro cuadrado

    Los alambres de cobre se funden a un millón
    de amperes por centímetro cuadrado
    aproximadamente.

    Emisión de campo

    Pueden activar fósforos con 1 a 3 voltios
    si los electrodos están espaciados una
    micra

    Las puntas de molibdeno requieren campos de 50 a
    100 voltios/m y tienen tiempos de vida muy
    limitados.

    Transmisión de Calor

    Se predice que es tan alta como 6,000 vatios por
    metro por kelvin, a temperatura ambiente.

    El diamante casi puro transmite 3,320
    W/mK

    Estabilidad térmica

    Estable aún a 2,800 grados Celsius en el
    vacío, y 750 °C en aire.

    Los alambres metálicos en microchips funden
    entre 600 y 1000°C.

    7.3. Tabla
    de Aplicaciones.

    CIENCIA O
    FANTASÍA

    LA IDEA

     

     

    Sondas químicas y
    genéticas.

     

    "Hebra de ADN"

    Un microscopio con punta de nanotubo puede
    localizar una hebra de ADN e identificar los marcadores
    químicos que revelan cual de las variables posibles de un gen presenta la
    hebra

     

     

    Memoria mecánica

    "RAM no
    volátil"

    Se ha ensayado una pantalla de nanotubos
    depositada sobre unos bloques de soporte como función de dispositivo de memoria
    binaria, con voltajes que fuerzan el contacto entre tubos
    (estado "encendido") o su separación (estado
    "apagado").

     

     

     

    Nanopinzas

    Dos nanotubos, unidos a los electrodos en una
    barra de vidrio,
    se abren y cierran a través de un cambio de voltaje.
    Estas pinzas se emplean para aprisionar y mover objetos de
    500 nanómetros de tamaño.

     

     

    Sensores supersensibles

    Los nanotubos semiconductores cambian se
    resistencia de un modo drástico cuando se exponen a
    álcalis, halógenos y otros gases a
    temperatura ambiente. Da ahí la esperanza en lograr
    mejores sensores
    químicos.

    Almacenamiento de hidrógeno
    y iones

    Los nanotubos podrían almacenar
    hidrógeno en su interior hueco y liberarlo
    gradualmente en pilas de
    combustible baratas y eficientes. Albergan también
    iones de litio, que podrían llevarnos a pilas de
    mayor duración

    Materiales de máxima
    resistencia

    Incrustados en un material compuesto, los
    nanotubos disfrutan de enorme elasticidad y resistencia a
    la tracción. Podrían emplearse en coches que
    reboten en un accidente o edificios que oscilen en caso de
    terremoto en lugar de agrietarse.

    Microscopio de barrido de mayor
    resolución.

    "Esta aplicación esta lista
    para comercializarse"

    Unidos a la punta de un microscopio de sonda de
    barrido, los nanotubos pueden amplificar la
    resolución lateral del instrumento en factor de diez
    o más, permitiendo representaciones claras de las
    proteínas y otras
    moléculas.

    8.
    DONDE SE DESTACAN LOS NANOTUBOS

    Los nanotubos de carbono muestran un segundo
    comportamiento electrónico de sumo interés
    para los ingenieros. En 1995 un grupo de la Universidad Rice
    observó que, cuando se colocaban erguidos y se cargaban
    eléctricamente, los nanotubos de carbono semejaban
    varillas o tubos de alumbrado, concentrando el campo
    eléctrico en sus puntas. Pero mientras una varilla de
    alumbrado conduce un arco de tierra, un
    nanotubo emite electrones desde su punta a una velocidad
    prodigiosa. Como son tan agudos, los nanotubos emiten electrones
    a voltajes menores que los electrodos fabricados con la
    mayoría de otros materiales, y sus vigorosos enlaces de
    carbono permiten que los nanotubos duren más sin
    ningún desperfecto.

     

    Se había imaginado este comportamiento, llamado
    emisión de campo, para aprovecharlo en una técnica
    que sustituyera a los televisores y los monitores de ordenador,
    voluminosos y poco eficientes, con paneles planos de menos
    volumen y
    mayor rendimiento, sin disminuir el brillo. La idea, sin embargo,
    ha tropezado siempre con la fragilidad de los emisores de campo
    disponibles. Se confía en que los nanotubos puedan salvar
    ese escollo y despejar el camino para una alternativa a los tubos
    de rayos catódicos y los paneles de cristal
    líquido. Resulta de una sencillez asombrosa fabricar, a
    partir de nanotubos, un emisor de campo de alta corriente. Basta
    con mezclarlos con plásticos
    en una pasta compuesta, se untan sobre un electrodo y se aplica
    un voltaje. Algunos nanotubos de la capa apuntarán,
    indefectiblemente, hacia el electrodo opuesto y emitirán
    electrones. En el Instituto de Tecnología de Georgia,
    Stanford y otras instituciones se han encontrado ya
    métodos para el desarrollo de grupos de nanotubos erguidos
    en pequeñas rejillas ordenadas. Con una óptima
    densidad, estos grupos pueden emitir más de un ampere por
    centímetro cuadrado, suficiente para iluminar los
    fósforos en una pantalla y capaz de controlar relés
    de microondas y
    conmutadores de alta frecuencia en estaciones de telefonía móvil.

    Sabemos de dos compañías empeñadas
    en la fabricación de bienes que
    utilizan nanotubos de carbono como emisores de campo. La Japonesa
    Ise Electronics ha ensayado compuestos de nanotubos para fabricar
    prototipos de bombillas de tubos de vacío en seis colores, cuyo
    brillo dobla el de las bombillas tradicionales, tiene una mayor
    duración y decuplican el ahorro
    energético. El primer prototipo ha funcionado bien durante
    más de 10.000 horas y aún no ha fallado. Los
    ingenieros de Samsung en Séul esparcen nanotubos en una
    película delgada sobre la electrónica de control y
    luego colocan encima vidrio revestido de fósforo para
    fabricar un prototipo de pantalla planta. Cuando realizaron la
    demostración del panel, en 1999, eran optimistas respecto
    a que la compañía pudiese tener el dispositivo que
    brillará como un tubo de rayos catódicos y
    consumirá una décima parte de potencia listo para
    su producción en el año en curso.

    El tercer ámbito en el que los nanotubos de
    carbono muestran propiedades electrónicas especiales es de
    escala muy pequeña, allí donde revisten
    interés los efectos que dependen del tamaño. A
    ciertas escalas, nuestras ideas de filamentos con resistencia
    fracasan de forma estrepitosa y deben sustituirse por modelos de
    mecánica cuántica. Se trata de un
    reino, inalcanzable para la técnica de silicio, que pueden
    ofrecer nuevos descubrimientos sorprendentes; exigirá
    también bastante mayor investigación que en el caso
    de los nanocircuitos o los dispositivos de emisión de
    campo con nanotubos.

    Entre los temas debatidos a resolver citemos el
    concerniente al movimiento preciso de los electrones a lo largo
    de un nanotubos sin defectos los electrones viajan
    "balísticamente", sin ninguna dispersión, que es el
    agente causal de la resistencia de los filamentos
    metálicos. Cuando los electrones pueden viajar largas
    distancias sin dispersión, mantienen sus estados
    cuánticos, fenómeno clave para observar la
    interferencia entre ondas electrónicas. Además, la
    falta de dispersión ayudaría a entender por
    qué los nanotubos conservan su estado de espín
    electrónico cuando se desplazan. (El espín
    electrónico es una propiedad cuántica). Apoyados en
    ese insólito comportamiento algunos se proponen construir
    dispositivos "espíntrónicos" que se activen o
    desactiven en respuesta al espín electrónico, en
    lugar de hacerlo en respuesta a su carga (lo que ocurre en los
    dispositivos electrónicos).

    Asimismo, puede controlarse con exquisita
    precisión el flujo de electrones en el tamaño
    mínimo de un nanotubo. Se acaba de demostrar en los
    nanotubos el bloqueo de Coulomb, fenómeno en virtud del
    cual los electrones repelen cualquier pretensión de
    insertar simultáneamente mas de un electrón en
    dichas estructuras. El fenómeno podría facilitar la
    construcción de transistores de un solo electrón,
    lo ultimo en electrónica sensible. Pero las propias
    mediciones abren interrogantes que la física actual no
    sabe despejar. Confinados en estos finísimos filamentos
    unidimensionales, los electrones se comportan de forma tan
    extraña que apenas parecen tales
    partículas.

    Con el tiempo, pues, los nanotubos podrían
    ofrecer no sólo versiones menores y mejores de los
    dispositivos existentes, sino también algunos de nuevo
    cuño que dependerían por entero de los efectos
    cuánticos. Queda mucho, cierto, por conocer a
    propósito de dichas propiedades de los nanotubos antes de
    poderles sacarles partido. Sobre la mesa yacen ya algunas
    cuestiones. Sabemos que todos los dispositivos moleculares,
    incluidos los nanotubos, son muy sensibles al ruido
    producido por fluctuaciones eléctricas, térmicas y
    químicas. Se ha comprobado que, cuando se fija un
    contaminante(Oxígeno, por ejemplo) a un nanotubo, se
    resienten sus propiedades eléctricas. Esto, que puede ser
    útil para crear detectores químicos delicadamente
    sensibles, constituye un obstáculo para la
    fabricación de circuitos de una solo molécula. En
    el control de la
    contaminación reside el principal reto cuando una sola
    molécula puede marcar diferencia.

    Pese a todo, con tantas vías de desarrollo en
    marcha, parece claro que ya no se trata de saber si los nanotubos
    se convertirán en componentes útiles de los
    ingenieros Electrónicos del futuro, sino simplemente
    cómo y cuándo.

    8.1. Superconductividad a temperatura
    ambiente con nanotubos

    (Publicado el 30 de Noviembre de 2001) Según
    algunos experimentos realizados recientemente, los nanotubos de
    carbón podrían conducir la electricidad sin
    resistencia a temperaturas superiores a la ebullición del
    agua. En caso
    de confirmarse estos serían los primeros superconductores
    que funcionarían a una temperatura "normal", sin necesidad
    de maquinaria térmica especial.

    Investigadores de la Universidad de Houston encontraron
    pistas de superconductividad en estos nanotubos. No es una
    resistencia cero, pero es lo más cerca que nadie se haya
    acercado nunca.

    Actualmente no hay pruebas de
    ningún superconductor que funcione a una temperatura
    superior a menos 143 grados, pero si descubriesen un material
    capaz de conducir la electricidad sin resistencia a temperatura
    ambiente no se perdería calor y energía, lo que
    significarían circuitos electrónicos mucho
    más rápidos.

    Técnicamente se están estudiando los
    efectos de los campos magnéticos en fibras huecas de
    carbón llamadas "nanotubos de carbón multipared".
    Se cree que la resistencia a la conductividad no llega a ser cero
    porque las conexiones entre tubos no son
    superconductoras.

    8.2 Los nanotubos método
    seguro de
    almacenar y transportar hidrógeno.

    (Publicado en febrero del 2002) El desarrollo futuro de
    sistemas que tengan como combustible el hidrógeno
    dependerá de si es posible o no desarrollar un
    método seguro de transporte y almacenamiento del
    hidrógeno. Un coche que funcionara gracias a la combustión del hidrógeno con el
    oxígeno, sólo produciría agua como residuo.
    Sobre el papel, es el coche ecológico perfecto. Pero su
    realización se enfrenta a numerosos retos, entre ellos el
    de disponer de una forma segura de transportar y almacenar el
    hidrógeno. Hoy por hoy, el hidrógeno se almacena y
    transporta a bajas temperaturas y en botellas de aire comprimido
    que deben ser tratadas con sumo cuidado, ya que este gas es muy
    inestable y cualquier golpe puede ser peligroso.

    Los nanotubos de carbono han sido propuestos como
    candidatos a almacenar grandes cantidades de hidrógeno de
    forma segura. En el Instituto de Ciencia de
    Materiales de Barcelona (ICMAB)
    , el equipo del
    Laboratorio de Estructura Electrónica de los Materiales,
    trabaja en un proyecto con la empresa
    estadounidense Air Products para descubrir cómo almacenar
    hidrógeno en nanotubos de carbono.

     Almacenan el hidrógeno como si fueran
    esponjas, aunque no se sabe bien cómo

    «Se ha comprobado que los nanotubos de carbono
    almacenan hidrógeno, aunque no se sabe muy bien
    cómo», En diversos experimentos, explican los
    investigadores, se ha comprobado que cuando se depositan
    nanotubos de carbono en el interior de una cámara a
    presión
    y se deja entrar hidrógeno en la cámara, más
    tarde, al dejar salir de nuevo el hidrógeno de la
    cámara, la cantidad saliente de gas es menor que la
    entrante. Esa diferencia es la correspondiente al
    hidrógeno que ha quedado incorporado en el nanotubo, de
    forma comparable a como quedaría atrapado un
    líquido en una esponja.

    El fullereno, una molécula C60, tiene la forma de
    un icosaedro truncado, igual a la de un balón de
    fútbol. En el cual se cree que se podría almacenar
    hidrógeno, con una estabilidad mayor a la suministrada por
    los nanotubos.

    Sin embargo, aunque estos experimentos son
    válidos, no aportan otros datos. Por ejemplo, se desconoce
    la cantidad precisa que puede almacenar un nanotubo. Tampoco se
    sabe cómo se almacena: es decir, si se enlaza
    químicamente el hidrógeno con el nanotubo de
    carbono, si se mantiene la estructura molecular o no.

    Esto es precisamente lo que están estudiando en
    el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, a
    través de simulaciones por ordenador. Con estas
    simulaciones y modelos teóricos, los investigadores
    diseñan los experimentos que luego se realizan en la sede
    de Air Products en los EE.UU.

    8.3
    Sensores Químicos con los Nanotubos.

    Dos grupos de investigación, uno de la
    Universidad de California en Berkeley y otro de la universidad de
    Stanford, han mostrado que los nanotubos de carbono
    podrían constituir óptimos sensores
    químicos, capaces de detectar diminutas concentraciones de
    gases tóxicos.

    La detección de moléculas gaseosas es
    crítica en el control ambiental, en el control de procesos
    químicos, en misiones espaciales y en agricultura y
    medicina. Sin ir
    más lejos, la detección del dióxido de
    nitrógeno (NO2) desempeña un papel importante en el
    análisis de la contaminación resultante de la
    combustión o de las emisiones de automóviles; la
    detección de amoniaco (NH3) recibe interés especial
    en entornos industriales, biológicos y
    médicos.

    Los nanotubos sintetizados por diversas técnicas,
    crean tubos de pared única, tubos de paredes de varias
    capas, además "cuerdas" trenzadas por tubos adheridos
    lateralmente unos a otros por débiles fuerzas de van del
    Waals.

    El carácter eléctrico, metálico o
    semiconductor, de los nanotubos depende de los detalles
    estructurales, como la forma precisa de cortar y enrollar la hoja
    grafítica, así como de la presencia de defectos e
    impurezas. Cada configuración diferente es sensible a una
    molécula gaseosa especifica.

    La extrema sensibilidad de las propiedades
    eléctricas a la presencia de moléculas gaseosas
    absorbidas en el tubo constituyen el motivo que ha llevado a
    proponer el uso de los nanotubos de carbono como novedosos
    sensores químicos.

    El cambio sustancial en la resistencia, así como
    el cambio drástico del poder termoeléctrico,
    demuestran que los nanotubos actúan como sensores de
    oxígeno sumamente sensibles.

    10. NANOUNIDADES DE MEMORIA

    Aunque esta aplicación no esta directamente
    relacionada con los nanotubos, se

    Muchos ingenieros conocen la emoción de haber
    diseñado un producto nuevo
    que luego se utiliza por doquiera. Los investigadores del
    laboratorio de investigación de IBM en Zurich, esperan
    gozar de este privilegio dentro de tres años, un placer
    más raro: sacar a la venta un tipo de
    máquina del todo nuevo.

    Se habla mucho de nanotecnología en estos
    tiempos, la nueva frontera donde los entresijos de las máquinas
    no miden más de 1um. Las investigación de sistemas
    microelectromecánicos (SMEM) – dispositivos de
    piezas móviles microscópicas fabricadas con las
    misma técnicas con los que se construyen los chips
    informáticos -, ha armado mucho revuelo, pese a que no
    ofrece todavía muchos productos comerciales. Como pueden
    atestiguar, ya que han invertido hasta ahora seis años en
    uno de los primeros proyectos
    encaminados a crear un dispositivo nanomecánico que pueda
    fabricarse en masa, a escalas tan diminutas la ingeniería
    y la investigación científica se mezcla
    de modo inextricable.

    En IBM este proyecto se llama Milpiés. Si siguen
    por el buen camino, alrededor de 2005 se podrá comprar una
    tarjeta de memoria del tamaño de un sello de correos para
    la cámara digital o el reproductor portátil de
    MP3. No
    almacenará unas decenas de megabytes de vídeo o
    audio, como las típicas tarjetas de
    memoria "flash"
    (microcircuitos de memoria permanente), sino varios gigabytes
    –cantidad suficiente para guardas un buen numero de
    CD musicales o
    varias películas-. Se podrán borrar y rescribir
    datos de ella. Será bastante rápida y
    gastará una cantidad moderada de
    energía.

      Si milpiés impresiona es por otra
    razón: porque guarda los datos digitales de forma
    diferente del método seguido por los discos duros
    magnéticos, los discos compactos ópticos y los
    chips de memoria que inscriben los datos por medio de
    transistores. Después de décadas de progreso
    espectacular, esas técnicas veteranas han enfilado su
    recta final; ante ellas se alzan importantes limitaciones
    físicas.

    Características técnicos

    El núcleo del proyecto Millipede es una matriz
    bidimensional de diminutas vigas voladizas de silicio en forma de
    u, de 0,5 micrómetros de espesor y 70 micrómetros
    de largo. Cada diminuta viga voladiza termina en una punta
    orientada hacia abajo, cuyo largo es inferior a 2
    micrómetros. El montaje experimental actual contiene una
    matriz de 3 mm por 3 mm, con 1.024 (32 x 32) diminutas vigas
    voladizas, creadas por micromaquinaje en la superficie del
    silicio. Un refinado diseño
    asegura el nivelamiento preciso de la matriz de puntas respecto
    al medio de almacenamiento y amortigua tanto las vibraciones como
    los impulsos externos. Una electrónica multiplexada con
    respecto al tiempo, similar a la usada en los chips DRAM,
    direcciona cada punta para su operación en paralela. El
    accionamiento electromagnético mueve con precisión
    el medio de almacenamiento debajo de la matriz, en la
    dirección de los ejes de las "x" y de las "y", lo que
    permite a cada punta leer y escribir en su propio campo de
    almacenamiento de 10 micrómetros de lado. La corta
    distancia a cubrir asegura un bajo consumo
    energético.

    Descripción de Funcionamiento

    ESCRITURA DE UN BIT: Por medio del calor y de la fuerza
    mecánica, las puntas crean pozos cónicos en pistas
    lineales que representan "unos" digitales. Para producir un pozo,
    la corrienete eléctrica circula a través de la
    pestaña; de esa forma se calienta una región dopada
    de sicilio a 400 grados Celsius, que permite a la estructura
    pretensada del brazo flexionarse hasta hundir la punta en el
    polímero. La ausencia de pozo es un "cero".

    BORRADO DE UN BIT: El último prototipo del
    proyecto milpiés borra un bit existente calentando la
    punta a 400 grados Celsius y abriendo otro pozo justo al lado del
    pozo previamente grabado, que entonces se rellena (según
    la muestra). Otro
    método de borrado inserta la punta caliente en el pozo; el
    plástico recupera entonces su forma plana
    original.

    LECTURA DE UN BIT: Para leer datos, las puntas se
    calientan primero hasta unos 300 grados centígrados.
    Cuando una punta de barrido encuentra un pozo y se introduce en
    él, transfiere calor al plástico, Así
    disminuye su temperatura y su resistencia eléctrica, pero
    esta última sólo en una porción
    mínima, alrededor de una parte en unos pocos miles. Un
    procesador
    digital de señal convierte esta señal de salida, o
    su ausencia en una secuencia de datos.

    La capacidad de reescritura de este concepto se ha
    demostrada en más de 100.000 ciclos de escritura/sobreescritura. Si bien el
    régimen binario de las puntas individuales es del orden de
    kilobits por segundo, lo que representa unos megabits en toda la
    matriz, circuitos electrónicos más rápidos
    permitirán que las palancas operen a velocidades
    considerablemente más altas. Los experimentos
    nanomecánicos realizados en el Almaden Research Center de
    IBM demostraron que las puntas individuales podían apoyar
    caudales binarios de hasta 1-2 megabits por segundo.

    El consumo energético depende en gran medida del
    régimen binario al que se opera el dispositivo. Cuando se
    opera a velocidades de transferencia de unos pocos megabits por
    segundo, Millipede consume aproximadamente 100 miliwatts, es
    decir, una cantidad situada en la gama de la memoria
    relámpago(flash) y considerablemente por debajo de la
    grabación magnética.

    El experimento de 1.024 puntas logró una densidad
    de superficie de 200 gigabits (miles de millones de bits, Gb) por
    pulgada cuadrada. Ello representa una capacidad potencial de unos
    ,5 gigabytes (miles de millones de bytes, GB) en una area de tres
    milimetros cuadrados. La generación siguiente de Millipede
    tendrá cuatro veces más puntas (4.096) en una
    matriz de 7 mm cuadrados (64 x 64).

    Para más información con animaciones computarizadas
    consultar en:

    http://www.research.ibm.com/resources/news/20020611_millipede

    CONCLUSIONES

    Concienciar a los ingenieros electrónicos de la
    importancia en la creación de diminutos circuitos a partir
    de los atributos de los nanotubos, o tendencias reformadoras como
    la del Milpiés, es de gran importancia para continuar con
    el crecimiento tecnológico de la humanidad y no detenerse
    ante las limitaciones físicas de las tecnologías
    convencionales de pastillas de silicio.

    11.
    ANEXOS: MAPA MENTAL

    Criterios de Evaluación.

    CRITERIO

    Punto de vista del
    Evaluador

    Punto de vista del
    Evaluado

    Actualidad del Estado del
    Arte

    10%

     

     

     

    Contenido y Calidad del contenido en el Marco
    Teórico de la consulta

    25%

     

     

     

    Motivación e impacto
    personal del trabajo en el que
    realizó la consulta como en el lector.
    (Cumplimiento del Objetivo)

    25%

     

     

     

    Enfoque en la temática
    tratada e información con términos de
    ingeniería.

    15%

     

     

     

    Fuentes Consultadas

    10%

     

     

     

    Presentación

    15%

     

     

     

     

    REFERENCIAS

    1. Eder Zavala López, Oxana Vasilievna
      Kharissova, Síntesis de nanotubos y fullerenos;
      Ingenierías, Enero-Marzo 2002, Vol. V, No
      14.
    2. R. Garcia, Nanofabricación,
      Nanoelectrónica Y Caracterización Por
      Microscopías de Fuerzas y de Efecto
      Túnel
    3. Nanotubos de carbono, Nuevos sensores
      químicos
      ; Investigación y Ciencia, No 295,
      abril de 2001.
    4. Peter Vettiger, G. Cross, Gerd Binnig, otros, The
      "Millipede" – Nanotechnology Entering Data Storage;

      IEEE Transactions on Nanotechnology, vol. 1, n.º 1,
      páginas 39-55; marzo, 2002.
    5. Peter Vettiger y Gerd Binnig, Nanounidades de
      memoria
      ; Investigación y Ciencia, No 318,
      páginas 27 – 33; marzo de 2003.
    6. Philip G. Collis y Phaedon Avouris.
      Introducción de los nanotubos en el dominio de la
      electrónica
      ; Investigación y Ciencia, No 293,
      febrero de 2001.
    7. Humberto Terrones, Instituto de física,
      Universidad Nacional Autónoma de México. Haces de nanotubos –
      Producción controlada
      ; Investigación y
      Ciencia, No 266, noviembre de 1998.
    8. Internet: www.ibm.com,
      www.Baquia.com,
      www.idg.es/dealer,
      www.Noticias.com.

     

     

     

     

    JORGE ELIÉCER PELAEZ
    LONDOÑO

    Bogota, Colombia.

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