Nanotecnología

Uno de los campos de mayor interés actual en la ciencia de materiales es el estudio y desarrollo de nanomateriales. Las propiedades que presentan este tipo de materiales les hacen muy útiles en diversos campos de aplicación: medicina, electrónica, óptica…

Para tener un conocimiento de la nanotecnología es necesario estudiar las propiedades, funcionamiento y comportamiento de los diferentes nanoaparatos. Se trata de estudiar la respuesta de éstos ante diferentes estímulos como fuerzas aplicadas o un gradiente de temperatura. Realizar ensayos que permitan determinar estos comportamientos a tan pequeña escala es muy difícil y en determinadas ocasiones puede resultar incluso imposible.

Por esta razón la simulación por ordenador de nanoestructuras se convierte en una herramienta muy útil a la hora de predecir el comportamiento y funcionamiento de diversos nanomateriales. En el caso de dispositivos optoelectrónicos el principal objetivo es el desarrollo de modelos y herramientas capaces de simular y calcular la respuesta electromagnética de los mismos, así como los fenómenos de transporte electrónico. Uno de los mayores desafíos es la representación de la interacción Coulombiana dentro de semiconductores y del estado termodinámico de no equilibrio.

Para ello se emplean complejas herramientas informáticas a la vez que se desarrollan diferentes softwares capaces de visualizar estas estructuras. Estas herramientas están basadas en complicados algoritmos matemáticos capaces, por ejemplo, de resolver la ecuación de Schrödinger así como de estudiar la contribución cuántica a la resistencia y capacitancia de los nanodispositivos optoelectrónicos.

 Por ejemplo, en el caso de interacciones coulombianas y transiciones cuánticas en FET basados en nanohilos, las herramientas emplean una aproximación en la que se considera un número de estados cuánticos y se simula el resto como una aproximación del campo.

                                 Nanoestructura

Entre los diferentes métodos se simulación encontramos, entre otros: 

PRIME  (Positive Resist IMage by dry Etching) à Proceso basado en litografía de alta resolución, que nos da una imagen de la superficie del nanoconductor mediante la creación de un modelo del mismo. 

WinGreen  à Proporciona en tiempo real una aproximación mecánico-cuántica de las propiedades dinámicas y cinéticas del transporte electrónico en semiconductores fuera del equilibrio. 

Para el estudio de propiedades mecánicas a nanoescala, existen métodos específicos que permiten conocer, por ejemplo, el comportamiento mecánico de nanohilos y nanotubos mediante la simulación de la dinámica molecular.  

Además se está estudiando la posibilidad de adaptar estas herramientas diseñadas en principio para aplicaciones electrónicas a sistemas biológicos, con el fin de contribuir al desarrollo y mejora de la medicina. Mediante esta simulación de bionanoestructuras se pueden obtener imágenes de alta resolución y estudiar el funcionamiento a nanoescala de las células.