Electrical and Mechanical Properties of Nanomaterials : Characterization and New Tecniques

Abstract

Desde la invención del transistor en 1947, el tamaño de los dispositivos electrónicos se ha ido reduciendo de forma continua hasta alcanzar hoy un tamaño difícilmente reducible a menos que se empleen nuevas técnicas. Esta miniaturización también se ha producido, entre otros, en dispositivos mecánicos y ópticos. La nanociencia y la nanotecnología han permitido esta reducción de tamaño. En este sentido, la aparición de nanomateriales y la caracterización de sus propiedades han sido cruciales. Los nanomateriales tienen al menos una dimensión en el rango nanométrico. Entre ellos, los materiales bidimensionales, con un grosor de pocas capas atómicas, han demostrado tener extraordinarias propiedades que se pueden modular de forma controlada y aplicar a diferentes funcionalidades, lo que hace de estos materiales unos candidatos prometedores en dispositivos variados. Sin embargo, hay muchos hitos intermedios desde el descubrimiento de un nuevo material 2D hasta su aplicación: la obtención y procesado del mismo, la caracterización y control de sus propiedades así como la fabricación final del dispositivo. Para este fin, se deben desarrollar nuevas tecnologías que resuelvan tales desafíos. Esta tesis está motivada por estas cuestiones. Después de una introducción general a la tesis, se describen las principales técnicas experimentales utilizadas en este trabajo. Seguidamente se estudian experimentalmente las propiedades mecánicas y eléctricas de dos materiales 2D. El primero es un cristal inorgánico y el segundo un polímero metal-orgánico sintético. El estudio también se centra en los efectos ambientales en estas propiedades y, por otro lado, en el procesado de los materiales. A lo largo de tal investigación, nos fuimos encontrando con ciertos problemas que nos hicieron desarrollar una nueva técnica que los solucionara. Dicha técnica debía ser capaz de realizar contactos eléctricos en la escala nanométrica, o incluso menor, de manera limpia, inocua y versátil. Conseguimos desarrollar dicha técnica, que se describe en la última parte de la tesis. Ahí, se demuestra además que, esta nueva metodología proporciona nanocircuitos complejos incluso en dispositivos independientes. Finalmente, se muestran características adicionales y muy ventajosas de dicha técnica, como su resistencia a las variaciones de temperatura y presión, la estabilidad y baja resistencia de los contactos eléctricos que se obtienen con ella y su potencial aplicación en el ámbito de la electrónica molecular, un campo prometedor (y casi único) en la futura miniaturización de circuitos. ix