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El posicionamiento de objetos a escala nanoscópica es, hoy por hoy, uno de los desafíos más importantes de la nanociencia. En este trabajo demostramos que un objeto nanométrico también se puede mover de manera controlada por diferencias de temperatura.

El sistema que hemos utilizado está basado en un nanotubo multicapa al que se le realizado una etapa previa de nanofabricación. Un nanotubo multicapa de carbono, como su nombre indica, es un sistema tubular de carbono que resulta de "enrollar" un cierto número de capas de grafito. En la etapa de nanofabricación hemos eliminado la capa externa en casi toda la longitud del nanotubo, excepto en una pequeña región en la que permanece intacta. El resultado es el dispositivo de la Figura 1, donde un pequeño elemento móvil (el fragmento residual de la capa externa, rojo en la figura) es libre de desplazarse a lo largo del "raíl" constituido por el nanotubo multicapa más largo (amarillo en la figura). El sistema, así construido, es ideal para la realización de los experimentos de movilidad, por la bajísima fricción que existe entre la capas del nanotubo.

Posteriormente, hemos hecho fluir una corriente eléctrica por el tubo interno, observando que el tubo externo se movía. Sin embargo, al invertir la trayectoria de la corriente el tubo externo se sigue moviendo, pero en la misma dirección. Esto es incompatible con la electromigración -un efecto que consiste en la transferencia de energía desde los portadores de corriente eléctrica al objeto móvil-, donde el movimiento observado tiene lugar en la misma dirección y sentido en el que fluye la corriente. Esta incoherencia nos permitió descartar la electromigración como posible explicación del fenómeno.

Como nuestra experiencia diaria nos indica, un flujo de corriente está normalmente acompañado de un calentamiento del conductor (efecto Joule). Al circular una corriente en el nanotubo interno, este tiende a calentarse uniformemente, ya que la corriente pasa por toda su longitud. En nuestro experimento, sin embargo, las extremidades del tubo están en contacto con sendos electrodos entre los que el tubo se encuentra suspendido. Dichos electrodos disipan el calor de forma muy eficiente y por lo tanto el resultado es que el nanotubo alcanza su temperatura máxima aproximadamente en el punto medio entre los electrodos, mientras que sus extremos permanecen a la temperatura ambiente del laboratorio. En otras palabras, cuando circula una corriente, el tubo más largo se encuentra caliente en el medio y frío en los extremos. Microscópicamente, esto quiere decir que los átomos en el medio del tubo vibran con más fuerza que en los extremos.

Estas mayores vibraciones empujan de manera efectiva el elemento móvil en la dirección de más caliente a más frío, es decir, hacia los extremos del tubo. Así pues, la corriente eléctrica es solamente una causa indirecta del movimiento ya que, con su presencia, el tubo se calienta de manera no uniforme, pero en realidad el causante directo del fenómeno observado es el calentamiento no homogéneo que tiene lugar a lo largo del tubo.