Nuevo transistor molecular con una sola molécula de ftalocianina

Dibujo20150720 Change of molecular conformation on charging - one molecule transistor - nature physics

Un transistor de efecto campo (FET, por Field-Effect Transistor) usa un campo eléctrico en el terminal de puerta para controlar la conductividad en un canal entre los terminales drenador y fuente. Los transistores basados en una sola molécula suelen carecer de terminal de puerta. Se publica en Nature Physics un nuevo diseño de transistor basado en una sola molécula que incorpora un terminal de puerta (un hexágono de átomos de indio que rodea a una molécula de ftalocianina o de ftalocianina de cobre). Gracias a este terminal se controla la conductancia por efecto túnel en la molécula.

Un trabajo básico muy interesante, pero de poco interés práctico. Que nadie sueñe con dispositivos electrónicos comerciales basados en esta tecnología tan alejada de la actual. Los transistores con canal de 14 nm serán reemplazado en menos de un lustro por los de 10 nm y en menos de una década por los de 7 nm, ambas tecnologías ya demostradas en laboratorio. Los transistores de una sola molécula, si alguna vez llegan al mercado, lo harían en la segunda mitad del siglo XXI.

El artículo es Jesús Martínez-Blanco et al., “Gating a single-molecule transistor with individual atoms,” Nature Physics, AOP 13 Jul 2015, doi 10.1038/nphys3385. Más información en Donna McKinney, “Researchers Build a Transistor from a Molecule and a Few Atoms,” NRL News, 13 Jul 2015.

Dibujo20150720 Scanning tunneling microscope image of a phthalocyanine molecule centered within a hexagon assembled from twelve indium atoms on an indium arsenide surface
Una molécula de ftalocianina en un hexágono de 12 átomos de indio bajo el microscopio de efecto túnel. Fuente: U.S. Naval Research Laboratory (NRL).

Las moléculas de ftalocianina o de ftalocianina de cobre se rodean de un hexágono de doce átomos de indio sobre una superficie de arseniuro de indio. Estos átomos de indio actúan como terminal de puerta para controlar la conductividad a través del canal. Como puedes imaginar fabricar estos dispositivos requiere el uso de un microscopio de efecto túnel (STM) altamente estable. Fabricarlos a escala industrial es algo más allá de lo que podemos soñar.

Dibujo20150720  phthalocyanine and copper phthalocyanine - nature physics

Estos nuevos transistores moleculares se pueden desarrollar con dos moléculas. La ftalocianina (H2Pc, izquierda), un compuesto de color verde azulado muy usado como pigmento y colorante, y la ftalocianina de cobre (CuPc, derecha), de color azul brillante y usos similares.

Dibujo20150720 Gap formation in the sequential tunnelling regime due to coupled charge and conformational states - nature physics

Olvidando el punto de vista práctico que suele interesar a la mayoría de los lectores, las curvas intensidad corriente de los transistores de una sola molécula de CuPc son preciosas (comparadas con las de otras propuestas anteriores que suelen mostrar histéresis). Para obtener estas curvas se usó un microscopio de efecto túnel (STM).

Dibujo20150720 I-Vb curves measured with the STM tip fixed above a single H2Pc gated - nature physicsLas curvas intensidad corriente para los transistores de una sola molécula de H2Pc son más parecidas a las de propuestas anteriores, mostrando una histéresis. La conmutación biestable puede tener sus aplicaciones, pero tiene que ser mucho más limpia. Aún así, los autores del nuevo estudio en Nature Physics consideran estos resultados como muy prometedores.

Lo importante que le debe quedar al lector sobre este tipo de avances es que ofrece nuevas vías para estudiar los procesos implicados en el flujo de corriente a través de moléculas individuales. Muchos detalles de estos procesos en moléculas orgánicas omo la H2Pc o la CuPc todavía reservan sorpresas. El estudio de estos procesos es muy interesante y puede llevar a aplicaciones muy interesantes. Pero como transistores para futuros ordenadores yo no lo veo nada claro.

Coda final. Esta entrada participa en el XLIX Carnaval de la Química alojado en el blog Radical Barbatilo de Jesús Gil @JGilMunoz.

1 comentario

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reneco reneco

Si hacemos analogía con la vida (evolución), no tengo esperanzas de conocer computadores comerciales fuera del ámbito del silicio, solo una evolución de estos sistemas.
Por lo que sé la vida nunca tuvo una rama fuera de la bioquímica del carbono. No es broma coordinar 700 millones de unidades integradas en un chip (core i7), se pueden fabricar muchos tipos de transistores pero el nivel a que ha llegado la tecnología del silicio, hace muy difícil empezar con una base nueva de tecnología.

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