Hacia un nuevo y eficiente diodo de una sola molécula

Con los aparatos electrónicos haciéndose cada vez más pequeños, el campo de la electrónica molecular se ha vuelto más esencial que nunca antes a la hora de resolver el problema de aumentar el grado de miniaturización, siendo las moléculas individuales el límite para ella.

La idea de crear un diodo de una sola molécula fue propuesta por Arieh Aviram y Mark Ratner en 1974, cuando teorizaron que una molécula podría actuar como un rectificador, un conductor de corriente eléctrica en un único sentido. Muchos investigadores han estado explorando desde entonces las propiedades de transporte de carga de las moléculas. Han mostrado que moléculas individuales unidas a electrodos metálicos pueden llegar a actuar como componentes muy diversos de circuito, incluyendo resistores, interruptores, transistores y, efectivamente, diodos. También han averiguado que es posible ver efectos cuánticos, como la interferencia cuántica, manifestándose en las propiedades de conductancia de las uniones moleculares.

Dado que un diodo actúa como una válvula, su estructura necesita ser asimétrica de manera que la electricidad que fluye en una dirección experimente un entorno diferente que la que lo hace en el sentido contrario. Para poder desarrollar un diodo de una sola molécula, los investigadores han diseñado simplemente moléculas que tienen estructuras asimétricas.

Si bien tales moléculas asimétricas muestran efectivamente algunas propiedades parecidas a las de los diodos, distan mucho de ser eficientes. Un diodo bien diseñado solo permite que la corriente fluya en una dirección (la dirección “on”) y debería permitir que mucha corriente fluya en ella. Los diseños moleculares asimétricos han sufrido habitualmente de flujos de corriente muy bajos tanto en la dirección “on” como en la “off”, y la proporción de flujo de corriente en ambas ha sido normalmente baja. Lo deseable es que la proporción de la corriente “on” respecto a la corriente “off” sea muy alta.

La situación de severa limitación técnica al respecto que tanto ha frustrado a los ingenieros está ahora cambiando drásticamente gracias a un nuevo y prometedor avance en este campo.

Bajo la dirección de la física Latha Venkataraman, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Columbia en la ciudad estadounidense de Nueva York, unos investigadores han diseñado una nueva técnica para crear un diodo de una sola molécula y, al hacerlo, han desarrollado diodos moleculares que se desempeñan 50 veces mejor que todos los diseños anteriores.

El equipo de Venkataraman y Brian Capozzi es el primero en desarrollar un diodo de una sola molécula capaz de tener aplicaciones tecnológicas prácticas para dispositivos nanométricos.

Para superar los problemas asociados con el diseño molecular asimétrico, el equipo se centró en desarrollar una asimetría en el entorno alrededor de la unión molecular. Venkataraman, Capozzi y sus colaboradores crearon una asimetría de entorno a través de un método bastante simple: rodearon la molécula activa con una solución iónica y utilizaron electrodos metálicos de oro de diferentes tamaños para hacer contacto con la molécula.

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