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Ciencia de los
Materiales
Nueva Teoría Explica el Comportamiento
Electrónico y Térmico de los Nanotubos
24 de
Febrero de 2006.
 Un
grupo de investigadores ha hecho un descubrimiento teórico importante
para la comprensión de la dispersión de la energía y la ruptura térmica
en los nanotubos de carbono metálico. El hallazgo ayudará a que los
cables de nanotubos pasen del laboratorio al mercado.
Las notables propiedades eléctricas y mecánicas de los nanotubos de
carbono metálico los hacen candidatos prometedores para formar las
interconexiones en los futuros dispositivos electrónicos de escala
nanométrica. Pero, como diminutos cables de metal, los nanotubos se
calientan a medida que la corriente eléctrica que circula por ellos
aumenta. En algún momento, el nanotubo se quemará, como sucede en un
fusible de desconexión.
"La dispersión del calor es un problema fundamental del transporte
electrónico a escala nanométrica", explica Jean-Pierre Leburton,
profesor de Ingeniería Eléctrica y Computación en la Universidad de
Illinois en Urbana-Champaign.
Hasta ahora, no había sido propuesta ninguna interpretación coherente
que reconciliara la dispersión del calor y el transporte electrónico
además de describir los efectos térmicos en los nanotubos de carbono
metálico sometidos a la tensión electrónica. En el nuevo resultado
teórico no sólo se reproducen los datos experimentales del transporte
electrónico sino que también se explica la extraña conducta de la
ruptura térmica en estos nanotubos.
Por ejemplo, tanto en la teoría como en los experimentos, cuanto más
corto sea el nanotubo más grande será la corriente que puede conducir
antes de que ocurra la ruptura térmica. También, cuanto más largo sea el
nanotubo más rápida será la elevación de la temperatura ya que el umbral
de la corriente necesaria para producir el calentamiento térmico se verá
reducido.
En los nanotubos, el calor generado por la resistencia eléctrica crea
vibraciones atómicas en la nanoestructura, con lo que se producen más
colisiones con los portadores de carga. Las colisiones adicionales
generan más calor y más vibraciones, seguidas por más colisiones aún, en
un círculo vicioso que acaba cuando el nanotubo se quema, interrumpiendo
el circuito.
Los nanotubos cortos pueden conducir más corriente antes de quemarse
porque disipan mejor el calor que los nanotubos más largos. Aunque todo
el nanotubo experimenta calentamiento por resistencia, los contactos
eléctricos en cada extremo actúan como disipadores de calor, y como en
los nanotubos más cortos se encuentran más cercanos entre sí, producen
una disipación más eficaz del calor.
Este fenómeno también explica por qué la temperatura más alta siempre
ocurre en el medio de la nanoestructura, ya que es el punto más alejado
entre los dos extremos y donde se produce la quemadura en los nanotubos
más largos sometidos a tensión eléctrica.
En otro hallazgo importante, Leburton y sus colegas han revisado la
creencia común de que los portadores de carga se comportan
balísticamente en los nanotubos metálicos que conducen altas corrientes.
Los investigadores pensaban previamente que los portadores de carga
viajaban de un extremo al otro como un cohete, es decir, sin
experimentar colisiones.
Ahora Leburton y sus colegas han demostrado que los altos niveles de
corriente que conducen los nanotubos metálicos cortos no son debidos al
transporte balístico sin colisiones, sino a sus efectos caloríficos
reducidos.
Información adicional en:
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