08/03/2012 - Una nueva dimensión para el grafeno

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Cada vez más científicos consideran el grafeno, un alótropo del carbono, el nuevo silicio. Pero también saben que su conductividad es excesiva para poder utilizarse en chips informáticos. Ahora un equipo científico de la Universidad de Mánchester (Reino Unido) podría haber dado con una solución a este problema. Su estudio publicado en Science demuestra cómo podría un transistor establecerse como el eslabón perdido que enlazase la función del silicio y la del grafeno. Su hallazgo permite iniciar una tercera dimensión en la investigación sobre el grafeno.

El grupo de Manchester, dirigido por los nobeles Andre Geim y Konstantin Novoselov, ordenados caballeros a principios de año, indica que el grafeno es un material fascinante con incontables propiedades ópticas, mecánicas, electrónicas y químicas.

Este material puede utilizarse como base para la construcción de chips informáticos en sustitución del silicio. Todo tipo de empresas como Samsung, Intel e IBM han expresado interés en el grafeno y distintos grupos científicos de todo el mundo han demostrado la viabilidad de los transistores de muy alta frecuencia (hasta 300 GHz) basados en este material.

El principal escollo a su uso a gran escala es la imposibilidad de empaquetarlos con gran densidad en un chip informático debido a que «se filtra» demasiada corriente, incluso aunque se emplee el estado más aislante del grafeno. Esta corriente eléctrica provoca que el chip se derrita a gran velocidad.

A pesar de los muchos estudios realizados en los últimos ocho años dedicados a solventar dicho obstáculo, no se ha logrado dar con una solución estable. No obstante, el equipo de Mánchester podría haber dado con la pieza faltante en este rompecabezas. Según los investigadores, el grafeno debería utilizarse en posición vertical en lugar de horizontal (en un plano). El equipo utilizó el grafeno como un electrodo desde donde los electrones atraviesan un material dieléctrico hasta alcanzar otro metal. Esta estructura se denomina diodo de efecto túnel.

En un principio se centraron en una característica exclusiva del grafeno: la forma en la que tensión externa es capaz de modificar la energía de los electrones que atraviesan el túnel. Así obtuvieron un nuevo tipo de dispositivo, un transistor vertical de efecto túnel con efecto de campo en el que el grafeno adopta una función básica.

«Hemos demostrado un nuevo método teórico para el uso del grafeno en electrónica», afirmó el Dr. Leonid Ponomarenko de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Mánchester y autor sénior del estudio. «Nuestros transistores ya funcionan bastante bien. Pero aún se pueden mejorar mucho más, reducirse a escala nanométrica y funcionar a frecuencias inferiores a los terahercios.»

Por su parte, el profesor Novoselov explicó: «Es un nuevo horizonte para la investigación del grafeno y las oportunidades para la electrónica basada en el grafeno nunca se han presentado mejores que ahora.»

Pero el grafeno no funciona solo, sino que es necesario combinarlo con otros materiales. El grupo de Mánchester combinó grafeno y planos atómicos de nitruro de boro y disulfuro de molibdeno en el desarrollo de lostransistores. Éstos se construyeron capa a capa a escala atómica en una secuencia preestablecida. Estos tipos de superestructuras por capas no existen en la naturaleza, afirmaron los investigadores. Este concepto innovador ofrece nuevas funcionalidades en las que el transistor de efecto túnel es un componente vital.

«El transistor demostrado es importante, pero probablemente lo sea más la configuración de capas atómicas», afirmó el profesor Geim.

El profesor Novoselov añadió: «El transistor de efecto túnel es sólo un ejemplo de la inacabable colección de estructuras en capas y dispositivos innovadores que pueden crearse con una configuración semejante. Ofrece oportunidades sin fin tanto para la física fundamental como para sus aplicaciones. Otros ejemplos posibles son diodos emisores de luz, dispositivos fotovoltaicos, etc.»

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Para más información:

·         Universidad de Mánchester:   http://www.manchester.ac.uk/   

·         Science:   http://www.sciencemag.org/

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