La reducción del tamaño de estas máquinas electromecánicas a escala nano permitiría la creación de nuevos dispositivos, como sensores químicos extremadamente sensibles, acelerómetros muy precisos, e interruptores de circuitos integrados super rápidos. En un paso importante hacia este objetivo, un equipo de investigadores de la Universidad Co ell ha creado grandes matrices de nanoresonadores usando grafeno.
Una forma del carbono de sólo un átomo de ancho llamada grafeno es uno de los materiales más prometedores para la fabricación de sistemas nanoelectromecánicos (NEMS, por sus siglas en inglés). El grafeno es el material más resistente conocido, y el mejor conductor de la electricidad. El ancho de sólo un átomo del grafeno significa que también es muy ligero y que se puede mover muy rápido.El profesor de física de Co ell Paul McEuen asegura que el grafeno puede ser usado para construir un gran número de nanodispositivos mediante los equipamientos desarrollados para el grabado de chips de silicio en obleas planas. Sin embargo, la creación de nanomáquinas mecánicas de grafeno aún es un reto, y la mayoría de los dispositivos creados hasta este momento han resultado ser casos excepcionales.
Recientemente, McEuen y su colaborador, el profesor de Co ell Harold Craighead, han demostrado que pueden crear unos nanodispositivos de grafeno llamados resonadores sobre la superficie de una oblea de silicio. Cada resonador está constituido por una hoja de grafeno que oscila hacia adelante y hacia atrás, como un trampolín moviéndose hacia arriba y hacia abajo, en respuesta a una fuerza mecánica aplicada a su superficie o a un campo eléctrico.
Primero, el grupo de Co ell grabó unos canales en la superficie de una oblea de silicio. Seguidamente colocó sobre una capa de grafeno hecho crecer sobre cobre justo encima de la obela. El grafeno se queda pegado a la superficie de la oblea de silicio de una forma parecida al film de plástico transparente. Finalmente, los investigadores añaden contactos eléctricos al grafeno para completar los resonadores. El trabajo se describe en línea en la revista Nano Letters.
"Estamos fabricando un gran número de resonadores idénticos, lo que demuestra que hemos superado la transición de experimento de laboratorio a tecnología," afirma McEuen. Los nanoresonadores anteriores eran o bien mucho más gruesos y menos sensibles o tenían que ser fabricados uno a uno. "Los dos principales obstáculos para la implementación de los nanodispositivos son la escalabilidad y la reproducibilidad manteniendo el rendimiento", señala Alex Zettl, profesor de física de la Universidad de Califo ia en Berkeley. Zettl ha desarrollado unos dispositivos similares a partir de nanotubos de carbono, incluyendo una radio hecha de un único nanotubo de carbono. "El uso de grafeno de una sola capa permite que se puedan producir muchos dispositivos a la vez, con un rendimiento similar", explica Zettl.
nLos nanoresonadores de grafeno podrían permitir el desarrollo de detectores químicos o de acelerómetros muy sensibles. Las películas de grafeno suspendidas responden dramáticamente cuando se les añade algún peso--aunque sólo se trate de una molécula o incluso de un átomo. "Se asocia muy fuertemente con el mundo exterior", lo que lo convierte en un buen sensor, afirma McEuen.
Rod Ruoff, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Texas en Austin, quien fue pionero en la técnica de crecimiento y transferencia de grafeno utilizada por el grupo de Co ell, indica que este trabajo demuestra que este tipo de grafeno funciona bien en los sistemas nanomecánicos. Sin embargo, Ruoff afirma que ve posibilidades de mejora en el rendimiento de los resonadores.
Los investigadores de Co ell están trabajando para impulsar los resonadores grafeno hasta su límite máximo de rendimiento. En los dispositivos realizados hasta la fecha por el grupo de Co ell, la estructura cristalina del grafeno, que determina su resistencia y conductividad eléctrica, no es perfecta.
Los investigadores también esperan beneficiarse de los efectos cuánticos que ocurren a escala nano. Esto podría mejorar su sensibilidad, indica McEuen.