Nanopartículas metálicas para incrementar la eficiencia de dispositivos electrónicos

Las nanopartículas formadas por metales como el oro y la plata podrían ser esenciales para el desarrollo de la optoelectrónica, pues permitirían producir dispositivos que funcionen tanto con señales de luz como con un flujo de electrones capaces de transmitir y almacenar información.

El desarrollo de chips nanoelectrónicos (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro) que lleven a dispositivos más compactos, veloces y que almacenen una mayor cantidad de información, es uno de los objetivos de la investigación que realiza el doctor Juan Carlos Cheang-Wong en el departamento de física experimental del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México.

En el campo de la nanotecnología se está estudiando la síntesis de nanopartículas metálicas, las cuales tienen la capacidad de absorber energía cuando se hace incidir una onda electromagnética sobre ellas. Estas propiedades ópticas dependen fundamentalmente del tamaño, la forma, la distribución espacial y el material del que están constituidas las nanopartículas.

De acuerdo con Juan Carlos Cheang, miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, la microelectrónica actual está llegando a un límite en la cantidad de transistores que se pueden incorporar en los circuitos integrados de los aparatos electrónicos que usamos cotidianamente. Aquí es donde se encuentran las potenciales aplicaciones de las nanopartículas metálicas, las cuales, por sus propiedades ópticas pueden incorporarse en dispositivos de menor escala y operar a la velocidad de la luz.

Otra de las ventajas es que los aparatos con estos dispositivos no se calientan, ya que la información de un transistor a otro no circula a través de cables, sino de luz. “Es como si prendieramos una lámpara y una partícula detectara la luz y entendiera lo que tiene que hacer”, dijo el investigador.

En el laboratorio del doctor Cheang se están desarrollando nanopartículas por medio de una técnica de implantación de iones a altas energías, lo que permite introducir casi cualquier elemento al interior de la muestra de partículas que se quiere modificar. Los iones al ir atravesando la muestra interactúan con los átomos que constituyen las partículas y se producen distintos fenómenos físicos que cambian sus propiedades, ya sean electrónicas, mecánicas, elásticas o químicas.

Algo que se busca es que las nanopartículas sean de tamaño homogéneo, y además que estén acomodadas de cierto modo, porque las propiedades de muchos materiales dependen de este arreglo.

Moldes para nanopartículas

Para lograr lo anterior, una alternativa es la nanolitografía, que es una técnica con la cual se obtienen arreglos de estructuras a escala nanométrica a partir de máscaras o moldes de partículas de sílice. La nanolitografía o litografía por nanoesferas, es un procedimiento muy parecido al de revelado de un negativo fotográfico, ésta técnica se refiere a la elaboración de nanoestructuras con un acomodo ordenado que se emplean durante la fabricación de circuitos integrados de semiconductores o de sistemas nanoelectromecánicos.

Para la síntesis de las partículas de sílice se prepara una solución (a partir de tetraetoxisilano, hidróxido de amonio, etanol y agua destilada) que se deja en reacción durante 90 minutos para que se formen las partículas de sílice, luego se toma una gota y se deposita sobre el sustrato de interés y se dejan secar a temperatura ambiente.

Una vez obtenidas las muestras, formadas por una capa de partículas de sílice sobre un sustrato, éstas son irradiadas con un haz de iones y las partículas pasan de una forma esférica a una elipsoide. Posteriormente, se les evapora encima una película de plata, a fin de cubrir la capa de partículas de sílice y los espacios entre ellas. Después de remover las partículas de sílice se obtiene un arreglo metálico ordenado, mismo que sirve de molde para la obtención de nanopartículas de otros elementos como la plata.

Futuras aplicaciones

Al contrario de lo que sucede actualmente con los circuitos integrados, en donde primero se saca el material de una mina y se va depurando hasta hacerlo pequeño, el objetivo final de la nanotecnología es poder manipular la materia desde el nivel atómico, para desarrollar estructuras o dispositivos funcionales a partir de lo más pequeño, comentó el investigador.

Las nanoparticulas metálicas que presentan propiedades ópticas pueden tener aplicaciones en aspectos de la vida cotidiana como la medicina, porque permiten manipular la luz, absorber radiación y manipular información biológica para detectar enfermedades.

También pueden ser partículas que ataquen a algún virus o un tumor, ya que al estar en solución se pueden tomar como medicamento, pero a diferencia de los medicamentos comunes, que van a todo el cuerpo, los nanomedicamentos se dirigen a sitios específicos. “Con las nanopartículas podemos colgar ‘patitas’, es decir, moléculas que detectan una enfermedad, un virus o una bacteria que pueden detenerse en el lugar preciso para liberar un fármaco”, finalizó Juan Carlos Cheang.

Juan Carlos Cheang-Wong