Fabricación y caracterización de materiales nanoestructurados con aplicaciones en nanoelectrónica

Estudio de compuesto con posibles aplicaciones en electronica molécular. Estudiando el enlace formado entre el compuesto en cuestión y el electrodo mediante diversas técnicas de fabricación y caracterizació

Ingeniería molecular al servicio de la construcción de dispositivos electrónicos totalmente orgánicos

Las limitaciones tecnológicas, económicas y medioambientales de la actual tecnología del silicio han llevado a desarrollar nuevas líneas de investigación para hacer frente a la problemática existente. En este marco se desarrolla la Electrónica Molecular dentro de la cual hay un interés creciente por investigar las posibilidades que ofrecerían los dispositivos electrónicos totalmente orgánicos. A lo largo del TFG se han optimizado las condiciones para obtener sales de diazonio a partir de aminas de interés y mediante el proceso de electrografting se han depositado sobre electrodos de carbono, creando enlaces covalentes C-C entre la molécula y un electrodo orgánico, formando películas de espesor controlado. Para controlar el espesor, se ha demostrado la utilidad de un inhibidor de radicales (DPPH) que favorece la interacción electrodo-molécula dificultando la formación de multicapas. Los sustratos modificados se han caracterizado electroquímicamente utilizando dos sondas redox que nos han proporcionado información sobre el grado de bloqueo del electrodo y mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) lo que ha permitido conocer detalles sobre la morfología, es decir, rugosidad y espesor

Nanofabrication of chemically modified surfaces for large area molecular electronic devices.

Current silicon-based technology presents significant drawbacks from a technological and economical point of view. Therefore, molecular electronics is presented as a supporting tool; based on the use of organic or organometallic molecules as basic elements nanoelectronics. This Final Master Thesis aims at the formation of monolayers of a suitably functionalized organic compound, trough the transference of monolayers formed at the air water interface onto solid substrates and how the pH of the subphase can influence on the formation of them, as well as for the study of the surface behaviour of it.The formation of the monolayers has been carried out using the Langmuir-Blodgett technique and subsequently the films have been characterized both at the air-water interface (Langmuir films) and on the surface of a substrate (Langmuir-Blodgett films) by using a set of techniques such as surface pressure isotherms versus area per molecule, surface potential isotherms versus area per molecule, Brewster angle microscopy (BAM), UV-Vis reflection spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), UV-vis absorption spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) or quartz crystal microbalance (QCM).<br /

Use of organic compounds in molecular electronics

Actualmente, la industria electrónica, basada en el silicio, está llegando a su límite. Así, se están investigando alternativas para poder seguir disminuyendo el tamaño de los chips, a la vez que se aumentan la eficiencia, eficacia y potencia de los mismos. Una de estas alternativas es la electrónica molecular, que al contrario que la industria actual, utiliza el método de abajo-arriba (bottom-up approach), y cuyo objetivo final es el uso de moléculas individuales para fabricar dispositivos electrónicos. Pero antes de convertirse en una realidad, deben superarse muchos retos, como indica la ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors). Algunos de estos retos, que se encuentran directamente relacionados con este TFM, son: (i) conseguir contactos robustos entre los metales y las moléculas orgánicas, (ii) fabricación del electrodo metálico superior (“top-contact”) sobre películas monomoleculares sin dañar el compuesto orgánico, sin penetrar en la película y sin alterar/contaminar las interfaces, y (iii) tener un profundo conocimiento de los mecanismos de transporte de carga a través de los compuestos orgánicos. Considerando estos retos, cuatro compuestos diferentes han sido usados para contribuir en este campo, y concretamente en la fabricación del electrodo superior. Primero, el electrodo superior fue fabricado mediante la ruptura de un compuesto organometálico inmovilizado sobre un sustrato de oro, inducida por calentamiento térmico, y las propiedades eléctricas de estos dispositivos fueron determinadas con un AFM conductor (c-AFM) (capítulo 4). No se han observado cortocircuitos usando este método, por lo que esta estrategia es una técnica alternativa para solucionar los problemas que existen para fabricar el electrodo superior. Segundo, el electrodo superior fue preparado mediante reducción química de una película de grafeno oxidado transferida sobre una monocapa de un compuesto orgánico mediante la técnica de Langmuir-Blodgett (LB) (capítulo 5). Así, estructuras metal | película LB de SOPEA | grafeno reducido (RGO) han sido fabricadas, como han demostrado la espectroscopía UV-Vis, la microbalanza de cuarzo (QCM) y la microscopia de fuerza atómica (AFM)

Membranas celulares simuladas para aplicaciones en el campo de la salud.

El gingerol es un compuesto de gran interés debido a sus amplios efectos terapéuticos, en concreto, por sus propiedades antiinflamatorias y anticancerígenas. En este TFG se ha estudiado las propiedades físico-químicas del gingerol mediante modelos de membrana de Langmuir-Blogett. Se ha determinado que el gingerol forma monocapas estables y reproducibles en la interfase aire-agua, llegando hasta la fase de líquido condensado a altas presiones. La monocapa se ha caracterizado con técnicas de microscopio de ángulo Brewster (BAM) y microscopía de fuerza atómica (AFM) para estudiar su morfología, observándose una monocapa homogénea y sin agregados a medida que la compresión de la monocapa es mayor. Para conocer cómo actúa el compuesto con la membrana plasmática de las células, se ha realizado una primera aproximación en el estudio de la interacción del gingerol con el DPPC y el colesterol. Como resultados se han obtenido que el gingerol es miscible tanto con el colesterol como con DPPC exhibiendo un comportamiento más ideal a medida que la presión aumenta. <br /

Fabricación y caracterización de materiales nanoestructurados para la construcción de dispositivos basados en carbono

En este trabajo de fin de grado se han fabricado monocapas orgánicas formando sales de diazonio in situ a partir de la correspondiente amina. Mediante la técnica de electrografting se han creado enlaces covalentes C-C entre la molécula que actúa a modo de hilo molecular y el electrodo inferior de naturaleza carbonosa (PEDOT:PSS), formándose películas de espesor monomolecular. Para la caracterización de estos dispositivos se ha empleado la voltametría cíclica y la microscopía de fuerza atómica (AFM). Como último paso en la construcción de dispositivos totalmente orgánicos se ha depositado un electrodo superior de carbono amorfo mediante la técnica FEBID (Focused Electron Beam Induced Deposition). Estos experimentos se han realizado usando un sustrato base flexible, pero se ha encontrado que los soportes poliméricos como el Mylar no son capaces de resistir el haz de electrones del FEBID, que resulta en un calentamiento de la muestra y debido a su baja conductividad térmica el dispositivo se deforma. Esto abre la búsqueda a utilizar sustratos flexibles pero con una mayor conductividad térmica. <br /

Modelos de membrana celular y su interacción con la cúrcuma

La curcumina es un compuesto de gran interés en el ámbito farmacéutico debido a sus efectos antitumorales, antioxidantes, neuroprotectores, antidepresivos y antiinflamatorios. Para hacer una primera aproximación de su comportamiento con las membranas biológicas, claves en los procesos celulares, en este TFG se ha realizado un estudio de la interacción de la curcumina con un fosfolípido y con colesterol mediante los modelos de Langmuir y Langmuir-Blodgett. En el estudio termodinámico se ha determinado que, tanto para las mezclas binarias de curcumina con el fosfolípido como de curcumina con colesterol y para la mezcla ternaria de estas tres especies en la proporción 1:1:1, la curcumina es parcialmente miscible tanto con el fosfolípido como con el colesterol, siendo la miscibilidad mayor conforme las monocapas están más condensadas. Asimismo, las monocapas mixtas de los sistemas binario y ternario analizado muestran que dichas películas mistas se encuentran en fases más expandidas (más fluidizadas) comparadas con los compuestos puros. Por último, las monocapas de curcumina pura y de mezcla ternaria se han caracterizado mediante microscopia de fuerza atómica para estudiar su morfología, observándose regiones homogéneas que parecen sostener la conclusión de miscibilidad (parcial) entre los componentes obtenida del estudio termodinámico.Curcumin is a relevant compound in pharmaceutical applications due its anticancer, antioxidant, neuroprotector, antidepressant and anti-inflammatory effects. For a better understanding of the interactions of curcumin with biological membranes, essential in cellular processes, in this final project a study of curcumin interactions with a phospholipid and cholesterol was performed by means of the Langmuir and Langmuir-Blodgett techniques. The thermodynamic study of binary mixtures incorporating curcumin and a phospholipid as well as curcumin and cholesterol is presented together with the study of a ternary mixture in the 1:1:1 ratio of the three components. The obtained results are indicative of a partial miscibility of curcumin with the phospholipid and cholesterol. The miscibility increases as the monolayer is more condensed. Additionally, both the binary and ternary mixtures here studied show more expanded (more fluid) phases as compared to those of the pure compounds. Finally, the monolayers of pure curcumin and ternary mixture were characterized by AFM to study its morphology; homogeneous images support the conclusion of (partial) miscibility of the components as deduced from the thermodynamic study. <br /

Ensamblaje molecular en superficies: nanoelectrónica

La investigación en nanociencia hace posibles los avances que la electrónica necesita para seguir evolucionando. Entre los aportes más recientes se encuentra la creación de estructuras bidimensionales que permitan la formación de redes moleculares para posteriormente fabricar dispositivos electrónicos de tamaño nanométrico. En este trabajo de fin de grado se ha estudiado un curcuminoide sintético, el BOHCCMoidBF2, con el objetivo de aprender más sobre sus propiedades y determinar si estas son apropiadas para el ensamblaje de circuitos moleculares.Para ello, tras seleccionar las condiciones experimentales más adecuadas, se ha empleado la técnica de Langmuir-Blodgett para preparar monocapas en la interfase aire-agua y después transferirlas sobre un sustrato de mica, para de esta forma analizar su morfología mediante la microscopía de fuerza atómica (AFM). Esta información se ha complementado con los resultados de otros experimentos basados en la compresión de la película de Langmuir, entre ellos las isotermas de potencial superficial, los espectros de reflexión UV-vis o la microscopía de ángulo Brewster (BAM).<br /

Fabricación de materiales nanoestructurados incorporando compuestos orgánicos altamente conjugados con aplicaciones en electrónica molecular

La necesidad de desarrollar dispositivos electrónicos eficientes y de bajo coste constituye uno de los objetivos primordiales en estos últimos años. Debido a la escasez de materias primas de algunos de los principales materiales que se utilizan en la actualidad como el ITO, la búsqueda de dispositivos electrónicos totalmente orgánicos representa una prioridad. En este trabajo de fin de grado se ha optimizado la síntesis in situ de sales de diazonio a partir de las correspondientes aminas. Posteriormente a través de un proceso de electrografting, se han formado películas de espesor controlado en diferentes sustratos de naturaleza orgánica, donde se ha demostrado la importancia del grupo TMS a la hora de minimizar la formación de multicapas. Además su ulterior caracterización electroquímica, microscópica (AFM) y espectroscópica (XPS) nos ha proporcionado la suficiente información como para conocer el espesor de la capa orgánica (formación de monocapa o multicapas), el grado de bloqueo del electrodo sobre el que se forma (gracias a la diferente información que proporcionan las sondas redox de hexacianoferrato (III) de potasio y dopamina), la morfología resultante (observando la rugosidad o el espesor de la película) y la composición química final de la capa

Use of highly conjugated organic compounds for the fabrication of metal/monolayer/metal devices

La progresiva miniaturización de los componentes empleados en los dispositivos electrónicos ha permitido el desarrollo de la tecnología tal y como se ve relacionado mediante la ley de Moore; sin embargo, se está llegando al límite de miniaturización en la tecnología del silicio, por lo que se hace necesario explorar nuevos campos para poder progresar en la fabricación de dispositivos más pequeños, eficientes y con nuevas propiedades. En este punto destaca la electrónica molecular mediante una tecnología híbrida (Si-electrónica molecular) en un futuro cercano y esboza una completa sustitución de la tecnología del silicio en un futuro algo más lejano. Gracias a las sofisticadas técnicas de ensamblaje molécula a molécula introducidas por los avances en Nanociencia se espera que la electrónica molecular sea una prometedora vía por la que se pueda mantener el proceso de miniaturización actual. Este proyecto se centra en la deposición del electrodo metálico superior sobre la una monocapa orgánica ensamblada mediante la técnica de Langmuir–Blodgett. Con este fin, en este trabajo se presentan tres diferentes aproximaciones. La ruptura de un compuesto organometálico que contiene un átomo de oro en el interior de su esqueleto; tal ruptura lleva asociada la reducción del átomo de oro, generándose nanopartículas sobre la monocapa que pueden comportarse cómo el electrodo metálico superior. Un segundo acercamiento es utilizar de la novedosa tecnología del “Stencil Lithography” como máscara para evaporar pequeñas cantidades de metal a través de ella; de esta forma se minimiza la posibilidad de generar un cortocircuito. Finalmente se ha estudiado la formación de monocapas de óxido de grafeno con lo técnica de Langmuir-Blodget. Estas láminas pueden depositarse sobre la monocapa orgánica y tras su reducción se puede conseguir generar la formación de un electrodo semiconductor superior