Una f¨¢brica de nanoestructuras cuantic¨¢s

Los discos compactos, los CDROM o las impresoras l¨¢ser existen gracias a que en las ¨²ltimas d¨¦cadas los f¨ªsicos han aprendido a fabricar nuevos materiales semiconductores a base de multicapas fin¨ªsimas, a veces de unos pocos ¨¢tomos de grosor, que crecen unas sobre otras. Nada f¨¢cil, porque las capas tienen una tendencia de lo m¨¢s molesta a arrugarse y formar verdaderas monta?as o islas de hasta un millar de ¨¢tomos.Pero hace unos a?os alguien pens¨® que estos mismos grumos que sal¨ªan sin querer podr¨ªan tener aplicaciones valios¨ªsimas, siempre que se encontrara la forma de construirlos a medida. Investigadores del Centro Nacional de Microelectr¨®nica (CNM) tratan de hacerlo. Por lo pronto, ya saben c¨®mo hacer para que un grumo o, m¨¢s t¨¦cnicamente, un punto cu¨¢ntico se convierta en algo m¨¢s alargado, que han bautizado como barra cu¨¢ntica.

Ni los puntos ni las barras, a las que en familia los investigadores llaman "salchichas" se ven a simple vista. El di¨¢metro de los puntos no supera las decenas de nanometros y su altura est¨¢ entre los tres y los seis nanometros un nanometro es un mill¨®n de veces m¨¢s peque?o que un mil¨ªmetro; en un cent¨ªmetro cuadrado caben decenas de miles de millones de puntos cu¨¢nticos.

Ambas estructuras est¨¢n hechas del compuesto antimoniuro de indio y han crecido sobre una oblea, de unos cinco mil¨ªmetros de lado, de fosfuro de indio. "Hace apenas cinco a?os, estos defectos que aparecen en las capas hubieran sido una molestia. Quer¨ªamos hacer capas muy finas y homog¨¦neas. Ahora, en cambio, estas nanoestructuras se intentan construir aposta. Hay un boom de grupos europeos, estadounidenses y japoneses que se dedican a ellas, a entender de qu¨¦ par¨¢metros depende su formaci¨®n", dice Juan Pedro Silveira, del CNM.

Evaporaci¨®n sobre oblea

En este centro las fabrican con. un equipo de epitaxia de haces moleculares, que consiste muy b¨¢sicamente en una c¨¢mara de ultraalto vac¨ªo que contiene varias c¨¦lulas -como celdillas- con los materiales a depositar. En la c¨¢mara se introduce la oblea, que sirve de sustrato base, y en las c¨¦lulas laterales se almacenan los elementos que formar¨¢n las capas siguientes (como ars¨¦nico, f¨®sforo, antimonio, galio, indio o aluminio); abriendo la compuerta de las c¨¢psulas, y a las condiciones adecuadas de temperatura, estos elementos se evaporar¨¢n y se depositar¨¢n sobre el sustrato base. Las capas crecen aproximadamente a raz¨®n de una capa at¨®mica por segundo.

"Las irregularidades se forman porque los ¨¢tomos tienden a depositarse siguiendo la estructura cristalina de la base pero son, al fin y al cabo, ¨¢tomos distintos a los que componen la base, y es como si no se sintieran c¨®modos coloc¨¢ndose de esa forma. Entonces entre ellos se producen tensiones que se van acumulando. Es lo que hace que se agrupen", explica Silveira. Pero falta saber m¨¢s exactamente por qu¨¦ se distribuyen aleatoriamente sobre el sustrato en vez de crecer a distancias regulares entre s¨ª.

En este caso, los investigadores analizaron las muestras en un microscopio de fuerzas at¨®micas -capaz de distinguir los ¨¢tomos- y descubrieron que el di¨¢metro, la altura y el n¨²mero de los puntos que se forman var¨ªa seg¨²n el n¨²mero de capas depositadas. "El n¨²mero m¨¢ximo de puntos se alcanza a las 2,2 capas at¨®micas. Si seguimos depositando, los puntos se vuelven m¨¢s grandes, pero no m¨¢s numerosos", dice el autor principal del trabajo, Thomas Utzmeier.

Y cuando observaron las muestras en las que se hab¨ªan depositado a¨²n m¨¢s capas los investigadores se llevaron una sorpresa: "Por encima de las 3,2 capas vimos que la geometr¨ªa de los puntos cambiaba dr¨¢sticamente. Perd¨ªan su forma redondeada y se volv¨ªan m¨¢s alargados; dan lugar a las barras cu¨¢nticas de distintos tama?os y grosores que se alinean m¨¢s o menos en la misma direcci¨®n, aunque no de modo muy exacto", afirma este especialista, que no tiene a¨²n ninguna hip¨®tesis que explique perfectamente el fen¨®meno.

El inter¨¦s de conocer el patr¨®n de comportamiento de estas nanoestructuras es enorme y, curiosamente, esto es -en parte porque muchas de las aplicaciones que podr¨ªan derivarse de ello no son siquiera predecibles "Pensamos en algunas posibilidades, pero es que trabajando a escala de decenas de nanometros las leyes que funcionan son las de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, y empiezan a aparecer efectos cu¨¢nticos que confieren a los materiales propiedades nuevas que ni siquiera po demos prever todav¨ªa", dice Silveira.