Investigadores del Laboratorio Quantum Transport (QT-Lab) de la Universidad de Alicante (UA) han desarrollado un nuevo método para medir distancias a escala nanométrica a temperatura ambiente, un avance que abre nuevas posibilidades para la electrónica molecular y el diseño de dispositivos cada vez más pequeños y precisos.
Carlos Sabater en el Laboratorio QT-Lab de la Universidad de Alicante.
Además, el equipo ha identificado por primera vez la existencia de estructuras de oro de tres átomos de espesor en nanocontactos, un hallazgo que amplía el conocimiento actual sobre transporte electrónico en materiales a escala atómica. El trabajo ha sido publicado en la revista científica Physical Review Materials.
Un avance clave para la electrónica del futuro
El autor principal del estudio e investigador del Departamento de Física de la Universidad de Alicante, Carlos Sabater, asegura que este trabajo “sienta nuevas bases para la electrónica del futuro”.
Comprender cómo se comportan materiales a escala atómica resulta fundamental para desarrollar tecnologías más miniaturizadas, eficientes y precisas.La investigación se centra en analizar el comportamiento del oro cuando se manipula a escalas extremas.
Descubren estructuras de oro de tres átomos a temperatura ambiente
A temperaturas extremadamente bajas, cercanas a -269 ºC, el oro es uno de los pocos elementos —junto al platino y el iridio— capaces de formar pequeñas cadenas atómicas al ser estirado. Estas estructuras sirven como referencia para calibrar experimentos en electrónica molecular.
El equipo de la Universidad de Alicante ya había demostrado en 2020 la existencia de contactos de oro de uno y dos átomos de espesor. Ahora, el nuevo estudio confirma por primera vez configuraciones geométricas de tres átomos de grosor, incluso en condiciones de temperatura ambiente. Este hallazgo supone una mejora relevante, ya que elimina parte de las limitaciones asociadas al trabajo a temperaturas ultrabajas.
Cómo han logrado medir distancias nanométricas
El equipo ha combinado técnicas experimentales avanzadas para estirar y romper de forma controlada hilos metálicos ultrafinos. “Gracias a técnicas experimentales avanzadas que permiten estirar y romper de forma controlada un hilo metálico extremadamente fino, simulaciones y cálculos de primeros principios, hemos desenmarañado la estructura y geometría de cables atómicos de oro”, añade Carlos Sabater.
El resultado ha sido el desarrollo de un sistema de calibración atómica a temperatura ambiente, algo especialmente complejo en nanotecnología.
Estructuras de oro de tres átomos. Imagen generada por el investigador predoctoral de la UA Andrés Martínez.
Medir a nanoescala sin grandes infraestructuras
Uno de los aspectos más relevantes del trabajo es que permite realizar calibraciones nanométricas sin depender de equipamientos extremadamente costosos o sistemas criogénicos.
“Calibrar sistemas nanométricos es muy difícil si no cuentas con equipamientos de millones de euros o trabajas a bajas temperaturas. Poder hacerlo a temperatura ambiente es una gran ventaja para avanzar en nuevos sistemas de electrónica molecular sin necesidad de grandes instalaciones”, destaca el investigador de la UA. El nuevo sistema ya ha sido probado en laboratorios de Holanda, Bélgica y Alemania.
Un laboratorio único en España
El QT-Lab de la Universidad de Alicante es actualmente un laboratorio de referencia en investigación de materia condensada y electrónica molecular. El grupo combina dos técnicas altamente especializadas: la microscopía de efecto túnel (STM) y la técnica de unión de ruptura mecánicamente controlable (MCBJ). Esta última solo se utiliza en alrededor de una decena de centros en todo el mundo.
Instrumental científico de bajo coste mediante impresión 3D
Además de esta línea de investigación, Carlos Sabater también impulsa el diseño de instrumental científico de bajo coste mediante impresión 3D.
“Para poder explorar en ciencia y, en particular, en el campo de la electrónica molecular, muchas veces no se comercializa el instrumental necesario o tiene un coste demasiado elevado, por lo que en la UA nos hemos especializado en crear nuestro propio material de trabajo”, señala el investigador.
Esta estrategia permite abaratar costes y ampliar capacidades experimentales en laboratorios especializados.