Conforme empezamos el nuevo siglo, el tamaño de los dispositivos micro-electrónicos se han reducido a tal grado, que los elementos activos se acercan a dimensiones moleculares. Por ejemplo, se predice que en la industria semiconductora para el año 2014, las dimensiones laterales de los circuitos alcanzarán los 35nm, y aún dimensiones más pequeñas en la dirección vertical. Como el tamaño de las moléculas son del orden de fracciones de nanómetros, se desprende que las futuras tecnologías dependerán de la funcionalidad a nivel de moléculas y átomos individuales. La motivación para depositar o adsorber moléculas orgánicas en un material semiconductor estriba en el deseo de impartir alguna propiedad del material orgánico al dispositivo semiconductor, especialmente con materiales semiconductores convencionales, y aprovechar la propiedad de autoensamble de algunas moléculas. En este proyecto, nos proponemos continuar con el estudio de los fenómenos de adsorción por reacción química superficial de moléculas orgánicas sobre superficies semiconductoras de interés tecnológico (Si, Ge). Utilizando nuestra experiencia en ciencia de superficies, en un sistema controlado de ultra alto vacío podemos preparar la superficie de interés y adsorber de manera controlada, moléculas orgánicas (e.g. alquenos, alquinos) y estudiar los mecanismos de la reacción química, generalmente mediante un enlace tipo Si-C, ó Ge-C, etc. Nos interesa estudiar los mecanismos de auto-ensamble o de reacción en cadena de moléculas orgánicas sobre semiconductores, en algunos casos aprovechando la anisotropía de una superficie reconstruída para producir crecimiento molecular unidimensional. La microscopía de efecto túnel (STM) es la técnica adecuada para estudiar estas reacciones a nivel atómico. Además de proporcionar imágenes con resolución atómica de los sitios de adsorción, la punta del instrumento puede utilizarse para producir un sitio activo en la superficie que inicie la reacción de la molécula con la superficie. En nuestro Laboratorio de Estructuras de Superficies del CNyN, la microscopía de efecto túnel (STM) ha sido el caballito de batalla por muchos años. Tenemos la experiencia de haber construído varios microscopios (para UHV, electroquímico, para nuestro propio uso y una unidad para la Univ. de La Habana) y otros dispositivos periféricos que hemos empleado en el curso de nuestra investigaciones en fenómenos de adsorción en superficies. La presente propuesta de proyecto, y con la ayuda financiera del PAPIIT, se pretende continuar con el trabajo de los años anteriores.

Durante el último año, hemos logrado importantes avances. Experimentos del tipo que nos proponemos realizar son difíciles, ya que requiere de equipo sofisticado y frecuentemente susceptible a fallas técnicas. Sin embargo, logramos limpiar y reconstruir superficies de silicio en ultra alto vacío (UHV) y caracterizarlas por difracción de electrones. Recientemente implementamos exitosamente el sistema de introducción de moléculas orgánicas a la cámara de UHV. El proyecto propuesto contempla dos actividades importantes y complementarias entre sí, la parte experimental, y la parte teórica. En el Departamento de Nanoestructuras del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN), hay un grupo importante de investigadores teóricos y estudiantes, lidereados por el Dr.Noboru Takeuchi, enfocados en el estudio de las reacciones de moléculas orgánicas con superficies hidrogenadas de silicio y germanio, que buscan estudiar teóricamente las condiciones óptimas de crecimiento de monocapas orgánicas sobre superficies clorinadas de Si y Ge. En particular, estudiar las reacciones del etino (C2H2) y etileno (C2H4) con las superficies clorinadas de -Si(111) y Si(100). En unos experimentos recientes estudiando la molécula DTC (dithiolcarbamazepina), logramos obtener imágenes de STM que muestran el comportamiento de autoensamble de estas moléculas cuando se adsorben en una superficie metálica de oro. En la parte experimental, tenemos amplia experiencia en el estudio de los mecanismos de adsorción de especies sobre diferentes superficies. Hemos trabajado en la adsorción de halógenos sobre superficies metálicas, tanto en condiciones de ultra alto vacío, como en ambiente electroquímico, en todos los casos utilizando los microscopios de efecto túnel (STM) como herramienta principal construidos en nuestro laboratorio.