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En su búsqueda para crear un nanomotor para transportar partículas, investigadores europeos obtuvieron lo que podría ser un motor a fonones.


En su búsqueda para crear un nanomotor para transportar partículas a escala nanométrica gracias a la electricidad, investigadores europeos obtuvieron lo que podría ser un motor a fonones, los cuantos de energía sonora. Este carburante original posiblemente será utilizado un día para los nanorobots que transportarán medicinas por el cuerpo humano.

Adrian Bachtold de la Universidad Autónoma de Barcelona y sus colegas de la Universidad de Viena y del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana exploraron una vía singular para realizar un nanomotor. Comenzaron por realizar un nanotubo de carbono de varias paredes y de 1.500 nanometros (nm) de longitud, formado por láminas enrolladas de grafeno*. Luego gracias a los campos eléctricos, destruyeron varias de estas láminas para dejar una especie de manguito que podía desplazarse a lo largo del nanotubo sobre una distancia de 800 nm. El manguito mide 5 nm de longitud y lleva una pequeña placa de oro. Finalmente el nanotubo se encuentra conectado a dos especies de eléctrodos de silicio de tamaño nanométrico y el conjunto se presenta como un rail que salva una zanja, como puede verse en la imagen al final del artículo.

Inicialmente, llevando ambos electrodos a una cierta diferencia de potencial, los investigadores esperaban obtener una hélice que giraría en un sentido o en otro con arreglo al signo de la diferencia de potencial. De modo sorprendente, fue observado un movimiento más bien helicoidal que aleja el manguito del centro del nanotubo como puede verse en el vídeo.




Grabación realizada con microscopio electrónico que muestra el movimiento helicoidal de la placa de oro.

Si tiene problemas para visionar el video, pruebe a hacerlo desde aquí.


¿Cuál es la causa de este insólito comportamiento?

Repitiendo sus cálculos y utilizando simulaciones numéricas, los investigadores concluyeron en una propiedad particular del proceso de conducción del calor. Hay que saber que en efecto en un sólido cristalino, como es el caso, esta conducción del calor hace que intervengan las vibraciones de la malla. Más precisamente, son los fonones, el análogo de los fotones pero aquí asociados a los tipos de ondas acústicas de la red, que son los responsables de la conducción térmica.

Estableciendo una diferencia de potencial entre los electrodos del dispositivo, el nanotubo de carbono se encuentra calentado por el efecto Joule, con una temperatura superior en el centro con relación a los extremos. Según la interpretación dada por los investigadores, cuando se coloca el manguito en mitad del nanotubo, la diferencia de temperatura con ambas extremidades del rail, más frías, provoca un flujo importante de fonones emitidos por el manguito, que se desplazan entonces de un lado a otro con destino a uno de los electrodos a una velocidad que puede alcanzar 1 micrometro/s.

El rail con su placa de oro en diferentes etapas de su movimiento. Los dos electrodos en silicio de una y otra parte de la zanja son visibles claramente. © Adrian Bachtold (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

El equipo de investigadores trabaja actualmente en comprender más profundamente este motor de fonones e intenta realizar experimentos del mismo género, pero donde ambos electrodos no estarían a la misma temperatura, con el fin de controlar más eficazmente el sentido del desplazamiento del manguito. ¿Quién sabe el papel que tendrá este descubrimiento en la realización de las nanomáquinas del futuro?


Pueden encontrar más información sobre el experimento desde aquí.


Para saber más:


La tecnología basado en el silicio esta llegando a su límite por lo cual la búsqueda de nuevos materiales y el grafeno apunta para ser la opción más excepcional.

El grafeno es una monocapa plana de átomos de carbono herméticamente empacadas en una red dimensional (2-D) tipo panal de abeja. Y es el bloque básico para la construcción de materiales de grafito de otras dimensiones. Se puede envolver para formar fulerenos 0D, o enrollarse para formar nanotubos 1D o se pueden apilar para formar grafito 3-D.

Los transistores convencionales se basan en semiconductores de silicio el cual provee los interruptores que permiten cambiar el flujo de la corriente en las computadoras y otros aparatos electrónicos. Y como el grafeno presenta propiedades químicas y mecánicas a escala molecular promete ser un transistor ultrarrápido así como es de importancia también su increíble flexibilidad, dureza y estabilidad.

En el grafeno los electrones pueden viajar distancias submicrometricas sin ser dispersados, con lo cual se obtiene una nueva clase de transistores denominados balísticos, ya que los electrones pueden ser disparados sobre el material sin que colisionen como una bala. Lo cual significa mayores velocidades y por lo tanto menor gasto de energía.




Crédito de las imágenes: Adrian Bachtold. techno-science.net.
Crédito del video: YouTube. Science.




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