APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA EN LA ELECTRÓNICA

A continuación se describen algunas aplicaciones de la nanotecnología en la electrónica.

EMISIÓN DE CAMPO

Cuando un campo eléctrico es aplicado en forma paralela al eje de un nanotubo, los electrones son emitidos con grandes velocidades fuera del tubo. A esto se le llama emisión de campo. Este efecto se puede observar aplicando un pequeño voltaje entre dos electrodos y el nanotubo. Con un número suficiente de nanotubos la emisión de electrones se puede observar. Una aplicación de este efecto es el desarrollo de las pantallas planas. Los monitores de televisión y computadora utilizan un cañón para mostrar las imágenes, impregnando de electrones el fósforo de la pantalla. Samsung ha creado un Display de pantalla plana utilizando la emisión de electrones de nanotubos de carbón. Una película delgada de nanotubos es colocada sobre una pantalla de vidrio recubierta de fósforo. Una empresa japonesa está utilizando el efecto de emisión de electrones para las lámparas de tubo de vacío que tienen mayor brillo que los focos, y mayor tiempo de vida. Otros investigadores están utilizando este efecto para crear generadores de microonda.

La alta conductibilidad eléctrica de los nanotubos de carbón implica que éstos son pobres para transmitir la energía electromagnética. Sin embargo un compuesto plástico de nanotubos de carbón puede conducir la radiación electromagnética. Las computadoras y equipo electrónico son sistemas que podrían ser protegidos de armas que producen pulsos electromagnéticos.

COMPUTADORAS

El principal objetivo de los desarrolladores de computadoras es aumentar el número de elementos dentro de un chip. Con los nanotubos de carbón con

diámetros de dos nanómetros y con bajas resistencias éstos pueden transportar grandes corrientes sin calentarse y pueden ser utilizados como alambres para conectar los elementos entre sí. Permitiendo rápidas transferencias dentro del integrado.

Se ha propuesto la creación de computadoras con nanotubos de carbón. La computadora podría hacerse en un sustrato con un arreglo de nanotubos de carbón en paralelo. Muy cerca pero sin tocarse un pequeño arreglo de nanotubos perpendiculares a los nanotubos del sustrato. La figura nos muestra esta idea. Cuando los nanotubos no se tocan la compuerta lógica esta en cero porque la resistencia es muy elevada. Si los nanotubos están en contacto la compuerta lógica esta en 1 con una resistencia muy pequeña. Este tipo de compuerta puede controlar la corriente de los tubos. Los investigadores estiman que se pueden colocar 1012, compuertas dentro de 1cm2. Los integrados pentium tiene 108 compuertas. La velocidad de conmutación es 100 veces más rápido que la generación presente de integrados Intel. Al utilizar nanotubos metal – semiconductor la corriente fluiría en una sola dirección, mucho mejor que cualquier rectificador que haya existido.

Figura Compuertas lógicas con nanotubos.

COMPUERTAS LÓGICAS

La analogía entre las compuertas moleculares y las compuertas lógicas es obvia, las compuertas moleculares convierten un estímulo de entrada en una señal de salida. Los principios de lógica binaria pueden ser aplicados a la trasducción operada por los conmutadores moleculares; es necesario anotar que los procesos a nivel molecular de entrada salida son muy comunes, pero han sido reconocidos recientemente. Por ejemplo la fluorescencia de los compuestos químicos (salida óptica) es consecuencia de una reacción química (entrada química). La primera propuesta de ejecutar operaciones lógicas fue realizada en 1988, pero cinco años después recién se logró demostrar la analogía entre la lógica de compuertas y las compuertas moleculares.

Compuertas lógicas básicas

A continuación se describe las compuertas lógicas básicas: YES, NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR y XNOR.

Compuerta lógica YES

La compuerta lógica YES tiene una única entrada y una única salida, cuando la entrada es cero la salida es cero y cuando la entrada es 1 la salida es 1. Esto representaría un simple conductor. Sin embargo a nivel molecular tiene mayor importancia por ejemplo si la entrada es de tipo químico y la salida es de tipo óptico a este se le podría considerar un sensor fluorescente. Un ejemplo interesante es el sistema Ca 2+ que es la entrada química, el tetra carboxilato juega el rol de receptor Ca2+, y el tricicloaromático es la salida fluorescente en la presencia de una entrada química. En ausencia del Ca2+ no existe salida fluorescente, como se puede observar en la figura

Figura Compuerta molecular YES

Compuerta lógica NOT

La compuerta lógica NOT invierte la señal recibida y es muy importante en los equipos electrónicos. En los sistemas químicos el comportamiento lógico NOT es muy común debido a que se obtiene una salida luminiscente debido a una entrada química. Un ejemplo es la mezcla CH3OH y H2O, como se puede ver en la figura

Figura Compuerta lógica NOT

Compuerta lógica OR

La compuerta OR tiene dos entradas y una salida. En términos eléctricos esto puede ser visto como un circuito con dos interruptores en paralelo. En los sistemas químicos la compuerta OR fue reconocida en los compuestos Na+ K+ el cual es observado en la figura

Figura Compuerta lógica OR

Compuerta lógica AND

El operador AND tiene dos entradas y una salida y su esquema eléctrico se representa como dos operadores en serie. El mejor ejemplo a nivel molecular se basa en dos entradas químicas y una salida óptica; en la figura los derivados del antraceno permiten una tabla de verdad perfecta. En el metanol los compuestos de hidrógeno y sodio también forman una tabla de verdad perfecta.

Figura Compuerta lógica AND

Compuerta lógica NOR

La compuerta lógica NOR es la inversa de la compuerta lógica OR. A escala de integración molecular la compuerta NOT y OR se puede combinar en una supra molécula como el compuesto mostrado en la figura siguiente el que está formado de hidrógeno y Zinc.

Figura Compuerta lógica NOR

Compuerta lógica NAND

Es una combinación de la compuerta AND y NOT. Se utiliza un compuesto consistente de complejo Tb3+ conectado a penantridina, el cual responde como una compuerta NAND; en la figura se puede observar la respuesta.