Hacia una mejor caracterización de los transistores moleculares

Un equipo internacional de investigadores propone un nuevo método que emplea campos magnéticos para distinguir entre uniones moleculares con y sin interacciones electrónicas. 

Las uniones moleculares son un tipo de componente electrónico de escala nanométrica. Estos dispositivos consisten en dos electrodos metálicos y una molécula colocada entre ellos a modo de puente para las cargas eléctricas que viajan entre los electrodos. Las uniones moleculares tienen aplicaciones en el diseño de dispositivos electrónicos más eficientes, pues su reducido tamaño supondría poder integrar un número de componentes mayor que con transistores convencionales. Ahora bien, antes es preciso entender bien el mecanismo de transporte electrónico en las uniones moleculares. Este estudio ha propuesto y verificado un método que determina si los electrones de conducción sufren o no interacciones fuertes de repulsión dentro de la molécula.

Una de las particularidades de las uniones moleculares son los fenómenos cuánticos que aparecen en ellos debido a su reducido tamaño. Entre los efectos cuánticos más destacados se encuentra la discretización de los niveles energéticos en el interior de la molécula. Cuando la molécula se une a contactos metálicos, la separación entre los niveles energéticos cambia fuertemente en relación con la situación en que la molécula está libre. Por otro lado, como los electrones son partículas con carga eléctrica, están expuestos a la repulsión coulombiana en el espacio confinado por la molécula. Esta repulsión puede ser apantallada por los contactos metálicos, de ahí que sea fundamental averiguar si una unión molecular está sujeta a interacciones electrónicas o no, puesto que esto determinará las propiedades eléctricas que se miden en el laboratorio. 

Un estudio internacional en el que han participado investigadores de EEUU, Singapur, China y el Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC, UIB-CSIC) ha publicado un artículo en el que detallan un nuevo método para distinguir entre uniones moleculares con o sin interacciones repulsivas importantes. Para ello, se valen de la respuesta de la molécula a la presencia de un campo magnético. Se demuestra que dicha respuesta es diferente dependiendo de si la unión molecular presenta o no interacciones electrónicas. En el caso de uniones moleculares con interacciones, el campo magnético causará un desplazamiento de los niveles discretos de energía, que se acercarán o se alejarán entre sí dependiendo del cambio de espín de la molécula. Por el contrario, en uniones moleculares sin interacciones apreciables los niveles energéticos se fragmentarán en pares. En consecuencia, es posible determinar si una unión molecular está sometida a repulsiones electrónicas analizando cómo se comportan los niveles moleculares en el seno de un campo magnético externo. En el artículo se muestra que la predicción teórica es consistente con medidas realizadas en compuestos moleculares de ferroceno, lo cual representa un importante avance en la caracterización precisa de transistores moleculares.

Miguel A. Sierra, David Sanchez, Alvar R. Garrigues, Enrique del Barco, Lejia Wang, Christian A. Nijhuis. Nanoscale. DOI: 10.1039/c7nr05739c

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