El grafeno, la panacea de la nanoelectrónica

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¿Quieres trabajar en nanotecnología? ¿Quieres estar a la moda? Tienes que trabajar en grafeno. La ciencia básica tiene estas cosas. Ciertos descubrimientos que aparentemente no sirven para nada se convierten en una tecnología “estrella” en las manos adecuadas. La nanoelectrónica basada en nanotubos de carbono es muy complicada, sobre todo porque se integra mal con la microelectrónica convencional. Las hojas planas de grafeno, una curiosidad de laboratorio descubierta hace un lustro, se decantan como la mejor opción. Lo inútil convertido en imprescindible. Nos lo cuenta en Nature, Geoff Brumfiel, “Graphene gets ready for the big time. Physicists are talking about how to make practical use of a former laboratory curiosity,” Nature 458: 390-391, 25 Mar 2009 , y dos artículos técnicos en Science tratan el mismo tema: Xiaoting Jia et al., “Controlled Formation of Sharp Zigzag and Armchair Edges in Graphitic Nanoribbons,” Science 323: 1701-1705, 27 March 2009 , y Çaglar Ö. Girit et al., “Graphene at the Edge: Stability and Dynamics,” Science 323: 1705-1708, 27 March 2009 . En el último congreso (meeting) de la Sociedad de Física Americana, APS, hubo 16 sesiones sobre nanotubos y 28 sobre grafeno. La ciencia también “vive” de las modas.

Todo el mundo creía (sabía) que el uso en nanoelectrónica del grafeno, hojas planas de carbono ultrafinas descubiertas en 2004, era sólo una utopía. Por ejemplo, no presenta una banda electrónica prohibida (band gap) que permita fabricar fácilmente un transistor. Sin embargo, una amplia minoría coreaba sus ventajas. Manipular nanotubos de carbono (hojas de grafeno enrolladas cilíndricamente) es extremadamente difícil. Prácticamente hay que manipularlos uno a uno, algo que sólo unas pocas manos expertas en el mundo son capaces de lograr. Integrar nanotubos de carbono con microelectrónica estándar es muy difícil, sin embargo, la uniformidad del grafeno, perfectamente plano, logra que se combine fácilmente con la tecnología integrada de silicio. Más aún, los electrones en el grafeno se mueven a velocidades muy altas, hasta 4 veces mayores que en silicio. Algo muy prometedor en comunicaciones de banda ancha. Fácilmente se pueden conseguir dispositivos que operen en el régimen de terahercios (hasta 1012 Hz). Recuerda que el silicio sólo opera bien hasta pocos gigahercios.

Xiaoting Jia y colaboradores han mostrado en Science que una lámina alargada (nanoribbon) de grafeno puede volverse semiconductora si la estructura de su borde tiene la geometría adecuada (una estructura en zigzag), lo que permitirá desarrollar dispositivos de tipo transistor basados en grafeno. En la misma línea, Çalar Ö. Girit y colaboradores han mostrado también en Science que el movimiento de átomos individuales en los bordes de láminas de grafeno puede ser visualizado mediante microscopía electrónica de aberración corregida. En especial para bordes en forma de “zigzag” se obtienen resultados mucho más complicados de los esperados. El vídeo de abajo muestra lo espectacular de las imágenes obtenidas con esta tecnología. Prestad especial atención al movimiento de átomos de carbono en los bordes del agujero de arriba (cuyos bordes fluctúan como si estuvieran “vivos”). La tecnología, increíble. La ciencia, una pasada.

PS (1 abril 2009): Noticia relacionada en Menéame “Científicos graban en tiempo real átomos de carbono en movimiento (ING)“.

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