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Lunes, 27 de febrero de 2006
Un grupo de investigadores ha hecho un descubrimiento te?rico importante para la comprensi?n de la dispersi?n de la energ?a y la ruptura t?rmica en los nanotubos de carbono met?lico. El hallazgo ayudar? a que los cables de nanotubos pasen del laboratorio al mercado.

Las notables propiedades el?ctricas y mec?nicas de los nanotubos de carbono met?lico los hacen candidatos prometedores para formar las interconexiones en los futuros dispositivos electr?nicos de escala nanom?trica. Pero, como diminutos cables de metal, los nanotubos se calientan a medida que la corriente el?ctrica que circula por ellos aumenta. En alg?n momento, el nanotubo se quemar?, como sucede en un fusible de desconexi?n.

"La dispersi?n del calor es un problema fundamental del transporte electr?nico a escala nanom?trica", explica Jean-Pierre Leburton, profesor de Ingenier?a El?ctrica y Computaci?n en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Hasta ahora, no hab?a sido propuesta ninguna interpretaci?n coherente que reconciliara la dispersi?n del calor y el transporte electr?nico adem?s de describir los efectos t?rmicos en los nanotubos de carbono met?lico sometidos a la tensi?n electr?nica. En el nuevo resultado te?rico no s?lo se reproducen los datos experimentales del transporte electr?nico sino que tambi?n se explica la extra?a conducta de la ruptura t?rmica en estos nanotubos.

Por ejemplo, tanto en la teor?a como en los experimentos, cuanto m?s corto sea el nanotubo m?s grande ser? la corriente que puede conducir antes de que ocurra la ruptura t?rmica. Tambi?n, cuanto m?s largo sea el nanotubo m?s r?pida ser? la elevaci?n de la temperatura ya que el umbral de la corriente necesaria para producir el calentamiento t?rmico se ver? reducido.

En los nanotubos, el calor generado por la resistencia el?ctrica crea vibraciones at?micas en la nanoestructura, con lo que se producen m?s colisiones con los portadores de carga. Las colisiones adicionales generan m?s calor y m?s vibraciones, seguidas por m?s colisiones a?n, en un c?rculo vicioso que acaba cuando el nanotubo se quema, interrumpiendo el circuito.

Los nanotubos cortos pueden conducir m?s corriente antes de quemarse porque disipan mejor el calor que los nanotubos m?s largos. Aunque todo el nanotubo experimenta calentamiento por resistencia, los contactos el?ctricos en cada extremo act?an como disipadores de calor, y como en los nanotubos m?s cortos se encuentran m?s cercanos entre s?, producen una disipaci?n m?s eficaz del calor.

Este fen?meno tambi?n explica por qu? la temperatura m?s alta siempre ocurre en el medio de la nanoestructura, ya que es el punto m?s alejado entre los dos extremos y donde se produce la quemadura en los nanotubos m?s largos sometidos a tensi?n el?ctrica.

En otro hallazgo importante, Leburton y sus colegas han revisado la creencia com?n de que los portadores de carga se comportan bal?sticamente en los nanotubos met?licos 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 met?licos cortos no son debidos al transporte bal?stico sin colisiones, sino a sus efectos calor?ficos reducidos.

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