Single nanoparticle devices: Trapping and characterizaton

Abstract

La fabricación y posicionamiento de nanopartículas de tamaño y composición ajustable resulta interesante debido a las propiedades que surgen producto del confinamiento en bajas dimensiones. Para acceder a ellas es necesario reemplazar los dispositivos electrónicos macroscópicos típicos por equivalentes nanométricos. En este campo, uno de los mayores retos es elaborar un esquema de medición que permita estudiar el transporte de cargas a través de una nanopartícula individual. Con tal de contactar las nanopartículas a los electrodos en este nuevo esquema, es necesario conocer tanto las propiedades de ambos como sus interacciones. Dado el tamaño reducido de las nanopartículas, resulta fundamental el poder fabricar electrodos nano-espaciados. En esta tesis se realizaron caracterizaciones eléctricas de dos tipos de nanopartículas: análogas al azul Prusiano (PBA por su sigla en ingles) y a base de hierro. Dichas nanopartículas fueron depositadas sobre muestras de electrodos nano-espaciados fabricados mediante la técnica de enmascaramiento con óxido de cromo. Se concluyó que estos dispositivos son una plataforma confiable para un amplio rango de temperaturas ($4$-$300$ K). Más aún, se pudo establecer que son compatibles tanto con técnicas actualmente disponibles como drop-casting, como con nuevas técnicas como la deposición directa de clústeres generados por pulverización catódica con magnetrón. La caracterización eléctrica de las nanopartículas de \ce{CoFe} PBA depositadas por \textit{drop-casting}, permitió demostrar que es posible atraparlas y estudiar sus curvas corriente-voltaje usando los dispositivos fabricados. Sin embargo, los datos obtenidos a bajas temperaturas no permitieron esclarecer el mecanismo involucrado en el transporte eléctrico. En este sentido es importante mencionar que se observaron dos comportamientos: Un primer grupo de dispositivos que no mostró evidencia de ser afectado por el láser ($640$ nm) y que presentó un \textit{Coulomb gap}, sugiriendo transporte individual de electrones; y un segundo grupo en el que si se evidenció un efecto tras la irradiación, que no se presenta \textit{Coulomb gap}, y cuya dependencia en temperatura de la resistencia se desvió fuertemente de la ecuación de Arrhenius ($\log(R) \propto T^{-1}$). En el caso de las nanopartículas a base de hierro, se consideró un nuevo esquema de fabricación y depósito de éstas, utilizando pulverización catódica. Mediciones a temperatura ambiente indicaron que las nanopartículas habían sido atrapadas entre los electrodos tras depositarlas. Las mediciones a baja temperatura mostraron una disminución en la resistencia medida y la aparición de un \textit{Coulomb gap}, lo que sugiere transporte individual de electrones. Usando teoría ortodoxa, y la aproximación de condensador de placas paralelas, fue posible estimar que el tamaño del punto de contacto entre la nanopartícula y los electrodos estaba en el rango de $1$ a $2$ nm, lo cual tiene sentido dado el tamaño de las primeras.