Descubren una nueva biestabilidad mecánica en nanotubos de carbono

Unos científicos han demostrado la existencia de dos estados estables en nanotubos de carbono (pequeños tubos de carbono de apenas unos nanómetros de diámetro) y han comprobado que el cambio entre estos estados mecánicos se debe a fluctuaciones intrínsecas.

El equipo que ha hecho estos hallazgos lo integran, entre otros, Wei Yang y Adrian Bachtold del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Castelldefels (Cataluña, España), y Pierpaolo Belardinelli, de la Universidad Politécnica de Las Marcas en Ancona (Italia). También colaboran especialistas de la Universidad Estatal de Michigan en Estados Unidos y la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.

El equipo ha descubierto una forma de biestabilidad previamente no observada en un resonador mecánico basado en un nanotubo de carbono. Esta biestabilidad se manifiesta como dos estados estables distintos: un estado silencioso en el que el nanotubo permanece casi inmóvil, y un segundo estado caracterizado por oscilaciones grandes y sostenidas. A diferencia de la biestabilidad típicamente observada en resonadores mecánicos, este nuevo tipo no fue inducido al modificar un parámetro de control externo.

La transición entre los dos estados se logró simplemente aplicando un voltaje constante a los extremos del nanotubo. Lo que hace única a esta biestabilidad es que el estado oscilatorio emerge espontáneamente a través de fluctuaciones intrínsecas del sistema, provocando transiciones entre los estados sin necesidad de modulación externa. De hecho, suponiendo una ausencia de ruido total, la biestabilidad desaparecería y el estado oscilatorio permanecería oculto.

Los autores del estudio midieron con precisión cuánto tiempo permanecía el nanotubo en cada estado, confirmando que ambos son igualmente estables. También desarrollaron un modelo teórico minimalista para explicar el origen de esta biestabilidad y los mecanismos que la impulsan.

Representación de la estructura de un nanotubo de carbono, en este caso con un grosor de 3 capas atómicas (tres “paredes”). (Imagen: NASA)

Este trabajo amplía el conocimiento existente sobre la dinámica no lineal compleja en osciladores nanomecánicos y podría tener repercusiones importantes para aplicaciones en nanotecnología que dependen del control preciso de vibraciones mecánicas, como sensores ultrasensibles y actuadores a nanoescala.

El estudio se titula “Hidden Vibrational Bistability Revealed by Intrinsic Fluctuations of a Carbon Nanotube”. Y se ha publicado en la revista académica Nano Letters. (Fuente: ICFO)