Un pequeño todoterreno - Los nanohilos producidos bajo vacío tienen un gran potencial

Un pequeño todoterreno - Los nanohilos producidos bajo vacío tienen un gran potencial

Paneles solares más eficaces, ordenadores más rápidos, equipos de diagnóstico médico más precisos: los nanohilos semiconductores podrían contribuir a todo ello. Los científicos de materiales los crean con niveles muy altos de vacío.
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El hilo de hierro, cobre o acero es un material muy práctico que la humanidad lleva usando desde la Edad del Bronce. Un nanohilo solo se le parece por su forma y por su nombre. Además de metal, el nanohilo también puede ser de semimetal o de carbono puro y sintetizarse, en lugar de obtenerse estirando materias primas sólidas durante un proceso de producción. Pero la diferencia más importante es el tamaño: como máximo, de varios micrones de longitud, con un diámetro de entre 5 y 100 nanómetros. Un cabello humano tiene un grosor de unos 50 000 nanómetros y, comparado con él, parece una gran soga como las que se pueden encontrar en un barco.

Bloques de construcción versátiles y de alto rendimiento

Las estructuras largas se descubrieron a principios de la década de 1990. Los investigadores y los científicos de materiales se dieron cuenta rápidamente del potencial de estos objetos tan largos. Por ejemplo, estos fragmentos tan diminutos se consideran especialmente útiles para avanzar en la miniaturización de los componentes electrónicos, que pasan del nivel microscópico al nanoscópico.

Las diminutas dimensiones del nanomundo se rigen por unas leyes físicas muy particulares. La corriente eléctrica se puede controlar más fácilmente en un nanohilo que en los materiales convencionales porque los electrones se mueven más rápidamente, un aspecto importante para construir microchips innovadores o, mejor dicho, nanochips. En el futuro, puede que sea posible construir ordenadores especialmente potentes o sensores de alta precisión para equipos de diagnóstico médico gracias a los nanohilos.

El sector fotovoltaico representa un ámbito de aplicación muy prometedor. Las células solares pueden absorber alrededor de un 60 % de la luz solar. Un conjunto de nanohilos dispuestos uno junto al otro podrían absorber un 90 %. Las miniestructuras también pueden concentrar y emitir luz. Si se instalan en chips, se pueden usar como pequeños láseres semiconductores.

El vacío ofrece el entorno para un crecimiento limpio

Los nanohilos deben estar fabricados de un material extremadamente puro, libre de cualquier contaminación, para poder exhibir sus características únicas. Por esta razón, se fabrican a niveles muy altos de vacío. Busch también es muy activo en este campo.

En primer lugar, se disparan varios átomos o pequeñas moléculas contra placas portadoras de silicio. A continuación, los cristales semiconductores se organizan y crecen hacia arriba para crear la forma deseada de hilo. Incluso se pueden crear, gracias a este procedimiento, nanohilos semiconductores multicapa personalizados para fines específicos. Cada capa puede encargarse de distintas tareas para ampliar aún más las posibilidades técnicas. La investigación avanza a toda velocidad.

Las leyes clásicas de la física no son en absoluto tan universales como creímos durante mucho tiempo. A medida que los investigadores se han ido sumergiendo en los mundos diminutos de la escala nanoscópica, han encontrado algo sorprendente: cruzaron un umbral a los 50 nanómetros. Por debajo de él, las sustancias siguen las leyes de la física cuántica.

Como las nanopartículas son tan pequeñas, su superficie es muy grande en comparación con su volumen. Estas superficies relativamente grandes hacen que las nanopartículas sean más propensas a las reacciones químicas. Las fuerzas de inercia pierden influencia y aumenta el efecto de fuerzas de superficie, como la fuerza de Van der Waals. Las cargas de superficie y los efectos termodinámicos, como el movimiento browniano, también desempeñan su papel: cuanto más pequeña es la partícula, mayor es el efecto.

Esto proporciona a las nanopartículas unas propiedades ópticas, magnéticas y eléctricas muy diferentes a las de las partículas de mayor tamaño o los sólidos. Por ejemplo, en el nanomundo el oro tiene destellos rojos y carmesí. Las gotas de agua de tamaño nanoscópico permanecen estables durante horas e incluso pueden flotar en el aire sin evaporarse. Los nanotubos de carbono son extremadamente resistentes a la rotura y elásticos. Conducen calor y, según su estructura, también pueden conducir corriente con una pérdida mínima.


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