Científicos enhebran hileras de átomos metálicos en haces de nanofibras

La intercalación de indio en nanoestructuras promete aplicaciones en nanocircuitos

13.03.2023 - Japón

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han logrado introducir átomos de indio metálico entre las fibras de nanofibras de calcogenuro de metales de transición. Al sumergir los haces en gas indio, las filas de átomos se abrieron paso entre las fibras para crear una nanoestructura única por intercalación. Mediante simulaciones y mediciones de resistividad, se demostró que los haces individuales tenían propiedades metálicas, lo que allana el camino para su aplicación como nanohilos flexibles en nanocircuitos.

Los hilos atómicos de calcogenuros de metales de transición (TMC) son nanoestructuras formadas por un metal de transición y un elemento del grupo 16, como el azufre, el selenio y el telurio. Son capaces de autoensamblarse en una amplia gama de estructuras de distinta dimensionalidad, lo que los sitúa en el centro de una revolución de los nanomateriales que ha sido objeto de intensa investigación en los últimos años. En particular, ha suscitado especial interés una clase de estructuras 3D de TMC, consistentes en haces de nanofibras de TMC unidas por átomos metálicos entre las fibras, formando todas ellas un entramado bien ordenado en su sección transversal (véase la Figura 1). Dependiendo del metal elegido, la estructura podría incluso convertirse en superconductora. Además, si los haces fueran delgados, podrían convertirse en estructuras flexibles conductoras de electricidad, lo que convierte a las nanoestructuras de TMC en candidatas idóneas para su uso como cableado en nanocircuitos. Sin embargo, ha sido difícil convertir estas estructuras en las fibras largas y finas que se necesitan para estudiarlas en profundidad, así como para aplicaciones nanotecnológicas.

Un equipo dirigido por el profesor adjunto Yusuke Nakanishi y el profesor asociado Yasumitsu Miyata ha estado estudiando técnicas de síntesis de nanoestructuras TMC. En un trabajo reciente, demostraron que podían producir haces largos y finos de TMC (sin metal) a escalas de longitud sin precedentes. Ahora, han utilizado una reacción en fase vapor para enhebrar hileras atómicamente finas de indio en finos haces de telururo de wolframio. Al exponer sus largos haces de nanofibras al vapor de indio al vacío a 500 grados Celsius, los átomos de metal de indio se abrieron paso en el espacio entre las nanofibras individuales que componen los haces, formando una fila intercalada (o puente) de indio que une las fibras entre sí.

Tras producir con éxito grandes cantidades de estos haces de TMC enhebrados, procedieron a estudiar las propiedades de sus nuevos nanocables. Observando la resistividad en función de la temperatura, demostraron de forma concluyente que los haces individuales se comportan como un metal y, por tanto, conducen la electricidad. Esto concordaba con las simulaciones por ordenador y también demostraba lo bien ordenadas que estaban las estructuras. Curiosamente, descubrieron que esta estructura era ligeramente diferente a la de los lotes de nanofibras agrupadas, ya que las filas intercaladas hacían que cada nanofibra girara ligeramente sobre su eje.

La técnica del equipo no se limita al teluro de indio y tungsteno, ni a esta estructura en particular. Esperan que su trabajo pueda inspirar un nuevo capítulo para el desarrollo de nanomateriales y el estudio de sus propiedades únicas.

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