Estructuras pentagonales impulsan la nanoelectrónica orgánica

La nanoelectrónica orgánica es uno de los campos principales de investigación de nuevos dispositivos electrónicos ultra pequeños de máxima capacidad. Ingenieros e investigadores de la University of Cambridge y de la Rutgers University han concretado un importante avance en este sentido, al diseñar una nueva clase de películas orgánicas delgadas que podrían aplicarse en informática, energías renovables y en dispositivos audiovisuales.

Las moléculas empleadas en estas películas delgadas de forma pentagonal se unen con inusual fuerza y simetría a las superficies de cobre, mostrando además gran eficacia en la interacción con moléculas vecinas. Esta combinación sin precedentes es ideal para la creación de dispositivos de nanoelectrónica orgánica, con posibles aplicaciones en distintos campos de la industria.

En la actualidad, la electrónica de uso comercial ya es conciente de sus limitaciones. La potencia de cálculo de un determinado tamaño de chip de computadora se duplica cada dieciocho meses, en un fenómeno conocido como la ley de Moore. Sin embargo, se espera en breve un fin para este crecimiento.

Al mismo tiempo, la eficiencia de los componentes electrónicos utilizados para la generación de electricidad a partir de la luz solar o en artefactos de iluminación se encuentra también limitada en cuanto al desarrollo de técnicas de fabricación a escala nanométrica. La salida a este cuello de botella sería la denominada nanoelectrónica orgánica, que integra componentes orgánicos (como por ejemplo polímeros) capaces de autoensamblarse para crear dispositivos ultra diminutos.

Prometedores resultados experimentales

El trabajo de los ingenieros e investigadores de Cambridge y Rutgers fue publicado en un reciente artículo de la revista especializada Physical Review Letters, además de haber sido difundido mediante una nota de prensa de la University of Cambridge. Una de las claves de este adelanto es el uso de la simetría pentagonal, que permite una mayor eficacia en la unión de las moléculas que conforman las delgadas películas orgánicas.

Los especialistas han profundizado en el conocimiento de estas estructuras, un paso necesario para lograr adaptar a escala molecular estas películas a los dispositivos electrónicos orgánicos, lo que facilitaría la creación de componentes ultra pequeños, imposibles de realizar con las técnicas convencionales de fabricación.

Según el Dr. Holly Hedgeland, uno de los responsables de la investigación y especialista del Departamento de Física de la University of Cambridge, la industria de los semiconductores tiene una clara motivación hacia el desarrollo a escala molecular de tecnologías innovadoras capaces de reemplazar a las que se usan en la actualidad.

El equipo interdisciplinario que llevó adelante este estudio ha desarrollado una nueva clase de película fina con moléculas orgánicas incorporadas en ciclopentadienilo (C5H5), que interactúan a través de una importante carga electrónica con una superficie de cobre. Los resultados experimentales obtenidos son sorprendentes.

Simetría pentagonal

Después de desarrollar avanzados cálculos, los investigadores han sido capaces de estudiar el comportamiento dinámico de una capa de ciclopentadienilo en una superficie de cobre, y deducir que la transferencia de carga entre el metal y la molécula orgánica se estaba produciendo en un sentido contrario a lo tradicionalmente esperado.

La clave para el comportamiento particular del ciclopentadienilo radica en su simetría pentagonal, una característica que facilita su integración con la simetría triangular de la superficie del cobre. Asimismo, la estructura electrónica interna garantiza máxima estabilidad, fomentando un alto grado de transferencia de carga y creando un fuerte lazo iónico.

Por otro lado, el carácter inusual de la transferencia de carga obtenida evita la repulsión entre las moléculas adyacentes, permitiendo la formación de películas de una alta densidad. Al mismo tiempo, las moléculas permanecen con gran movilidad y, sin embargo, fuertemente ligadas a la superficie de cobre, con un alto grado de estabilidad térmica.

En resumen, se trata de una combinación de propiedades físicas que ofrecen un enorme potencial para el desarrollo de nuevas clases de películas orgánicas capaces de autoensamblarse, ideales además para su uso en distintas aplicaciones tecnológicas ligadas a la informática, al campo de la energía solar y a distintos dispositivos de visualización.