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Crean por primera vez nanodispositivos electrónicos tridimensionales y flexibles

Crean por primera vez nanodispositivos electrónicos tridimensionales y flexibles

Las técnicas de fabricación usadas hasta ahora a nivel nanométrico han funcionado para crear estructuras en dos dimensiones, sin embargo han fracasado para crear estructuras tridimensionales. Ahora, una serie de nuevas técnicas han abierto nuevas posibilidades en este campo, ya que permiten doblar materiales a nano escala para crear estructuras y dispositivos electrónicos tridimensionales diminutos. Según los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) que están desarrollando estas técnicas, su propuesta puede mejorar la capacidad de almacenamiento de los ordenadores y ayudará a crear nuevos dispositivos nanofotónicos. Por Raúl Morales.

Crean por primera vez nanodispositivos electrónicos tridimensionales y flexibles

Un equipo de investigadores, liderado por George Barbastathis, está desarrollando los principios básicos de “nano-origami,” una nueva técnica que permite que los ingenieros doblen materiales a nano escala en estructuras tridimensionales simples.

Los materiales doblados minúsculos se podrían utilizar como motores y condensadores, con el objetivo de mejorar potencialmente la capacidad de almacenamiento de la memoria de un ordenador, microprocesadores más rápidos y nuevos dispositivos nanofotónicos.

Las técnicas de la fabricación micro- y nano- tradicionales, tales como litografía de rayos X y de la nano-impresión, funcionaron muy bien para las estructuras de dos dimensiones, y son utilizadas generalmente para construir microprocesadores y otros dispositivos micro-eléctrico-mecánicos (MEMS). Sin embargo, no pueden crear estructuras tridimensionales.

“Queremos tomar todas las preciosas herramientas que se han desarrollado para 2-D y hacer cosas tridimensionales”, dice a Tony Nichol, graduado de ingeniería mecánica que trabaja en el proyecto, en un comunicado.

El equipo del MIT usa herramientas de litografía convencional para diseñar materiales 2-D a nanoescala para después doblarlos en capas tridimensionales predeterminadas, abriendo un nuevo abanico de posibles aplicaciones. La dificultad radica en doblar algo cien veces más delgado que un cabello humano y luego darle una aplicación en la electrónica.

Más pequeño, más rápido

Los investigadores ya han demostrado que, de esta manera, es posible crear un condensador a nanoescala en 3-D.

El modelo ahora creado sólo tiene una capa pero sus creadores indican que, cuantas más capas se añadan, más energía el condensador puede almacenar. Esas capas extra proporcionan un flujo de información más veloz, casi como ocurre en el caso del cerebro humano, cuyas tupidas capas permiten una comunicación eficaz y rapidísima entre las distintas regiones cerebrales, asegura Nader Shaar, uno de los ingenieros mecánicos que trabajan en este proyecto.

Uno de los mayores retos con los que los investigadores se han tenido que enfrentar ha sido el de cómo doblar adelante y atrás, en una estructura parecida al de un acordeón, los materiales, así como hacerlo para que las diferentes caras del material se alineen con precisión.

Han trabajado de diferentes maneras para que los nanomateriales se doblaran como ellos necesitaban. En primera lugar, depositando metal (habitualmente cromo) en la superficie en la que se quiere que se produzca la doblez. Esto hace que el material se ondule hacia arriba, pero no permite dobleces tipo “acordeón”, como pretenden los ingenieros.

Haces de helio

Otra de las técnicas usadas ha sido la de dirigir un haz de iones de helio hacia el lugar exacto de la doblez. Los haces graban patrones que harán que el material se doble una vez sean retirados de la superficie. Los haces de alta-energía van hacia la parte baja del material y provocan que se doble hacia arriba; los haces de baja-energía se acumulan en la parte alta del material y hacen que éste se doble hacia abajo.

Los investigadores también han probado integrando cables de oro en el material. Una corriente que corre a través de los cables de oro interactúa con un campo magnético externo, creando una fuerza Lorentz (fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica) que hace que la superficie se levante. Esta técnica, explican, es una forma de autoensamblaje dirigido, en el que los diseñadores proporcionan un modelo y luego dejan que el dispositivo se ensamble por sí mismo.

Las diferentes capas pueden ser fabricadas con unos cuantos tipos de materiales diferentes, como silicio, nitruro de silicio (un tipo de cerámica) y un polímero conocido como el SU-8.

Una vez que el material está doblado gracias una de estas técnicas, la parte más complicadas es hacer que las caras se alineen correctamente. Los investigadores han desarrollado algunas maneras para conseguirlo: usando imanes, adosando polímeros en ciertos puntos de la superficie y después fundiéndolos o sellando las dos partes.

Todavía están trabajando en conseguir crear un cubo a nanoescala alineado con la suficiente precisión. Shaar, supervisado por la profesora de ingeniería mecánica Carol Livemore, han creado un método muy prometedor que usa tres pares de agujeros que casan y protuberancias para empujar los bordes y las caras y que se alineen.

Los investigadores están totalmente sumergidos en el fase de desarrollo de estos nano dispositivos, pero ya han empezado a pensar en cómo usar esta tecnología. “Ya nos hemos imaginado los componentes básicos, ahora estamos empezando a divertirnos imaginando algunas de sus aplicaciones”.

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