El grafeno es el material plano más popular, pero hay otros. Se publica en Nature Chemistry el llamado grafeno orgánico, el primer material plano formado por un polímero aromático conjugado (2D-CAP), en concreto por monómeros tetrabromopoliaromáticos. Su grosor es de solo un nanómetro y presenta poros con un diámetro de ∼0,6 nm. Además se pueden apilar varias capas para formar un 2D-CAP multicapa análogo al grafeno multicapa.
El artículo es Wei Liu, Xin Luo, …, Kian Ping Loh, «A two-dimensional conjugated aromatic polymer via C–C coupling reaction,» Nature Chemistry (16 Jan 2017), doi: 10.1038/nchem.2696. Nos lo cuentan Maryam Ebrahimi, Federico Rosei, «Materials science: Organic analogues of graphene,» Nature (15 Feb 2017), doi: 10.1038/nature21503.
Esta entrada participa en la LXII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog ‘Huele a Química‘ de @hueleaquimica. El protagonista de esta edición es el samario (Sm), el elemento número 62 de la tabla periódica, y el sexto elemento de la serie de los Lantánidos.
El nuevo material 2D-CAP se ha sintetizado por polimerización en estado sólido de un cristal molecular. El resultado es una estructura multicapa de la que hay que extraer una monocapa por exfoliación mecánica. Un método que recuerda a la exfoliación de grafeno a partir de grafito usando cintas adhesivas de Geim y Novoselov. Futuros avances en las técnicas de síntesis inspiradas en la tecnología del grafeno deberían permitir la fabricación directa de las monocapas de 2D-CAP. Y por cierto, la técnica de síntesis usada podrá ser aplicada a otros polímeros que también podrían dar lugar a materiales planos.
Por desgracia, las propiedades electrónicas y optoelectrónicas del nuevo material no han sido caracterizadas en el nuevo artículo en Nature Chemistry. Como en el grafeno, los electrones π son los responsables de su conducción eléctrica y térmica, pero la propia asimetría de la red polimérica sugiere que este material tendrá un band gap, siendo un semiconductor (recuerda que el grafeno no tiene band gap y es un semimetal). Por supuesto, a priori, esto es una ventaja en el desarrollo de aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas, como transistores orgánicos, células fotovoltaicas y sensores.
Francis
¿Cual es el metodo o los metodos mas prometedores para fabricar moleculas de diseño (farmacos, etc etc) en masa? Ej el lego molecular
Benjamin, ¿en masa?, ni idea, lo siento. Quizás algún lector pueda contestar algo en firme.
si me refiero a poder hacer farmacos atomo por atomo o por lo menos con los componenetes moleculares mas pequeños (de unos pocos atomos) en gran cantidad, no solo uno en el laboratorio, o cuales son los posibles metodos a futuro?
Relacionado con eso, haay alrededor de 127 millones de moleculas, cuantas mas podremos sintetizar? de hasta cierto tamaño,
Benjamin, «átomo a átomo» y «en masa» son términos contradictorios, al menos en este siglo. Hay muchas técnicas de síntesis que se usan en ingeniería química y en química industrial para sintetizar fármacos. Y cada fármaco concreto requiere una técnica específica para su desarrollo en masa.
Una duda Francis.
Cuando en grafeno o en este material se habla de espesor monoatómico o similar, ¿significa por ejemplo que yo puedo tener en mi mano un folio de grafeno con ese espesor?
Paco, en principio sí, pero en la práctica es imposible. Como es muy reactivo necesita un recubrimiento protector (y ya no sería grafeno con un átomo de grosor). Además, siendo muy flexible se doblaría y se pegaría a tus dedos adaptado a su forma. Siempre que veas grafeno será sobre un soporte y recubierto por su cara visible.
¿Se podrían formar nanotubos con esto?
Antonio, no lo sé, pero creo que nada lo prohíbe.
¿ Los semiconductores organicos ( picenos, fullerenos, … ), reemplazaron al silicio en computación doméstica de videojuegos, más allá de 1 nm; en el futuro ? ¿ Por qué ?
No, Horch, por qué se iba a reemplazar un material de átomos (silicio) por un material de moléculas (orgánicas). No sé qué tienes en mente y por qué preguntas esto, pero el nicho tecnológico de los semiconductores orgánicos son las aplicaciones en optoelectrónica (en el campo doméstico tienes las pantallas de los televisores y similares). No se usan en computación.
¿ Tendría aplicación la pulvimetalurgia de semiconductores en tecnologias, < 1 nm ? En caso contrario, ¿ por que ?
Horch, la sinterización no se usa en la fabricación de dispositivos semiconductores (como mucho se podría usar para fabricar la oblea, sustrato de los dispositivos); ¿por qué preguntas por su uso en tecnologías 1 nm?
Entonces, cuando se trabaje con tecnologías < 1nm, en computación doméstica para videojuegos; ¿ que materiales semiconductores, podrán ser empleados, si el silicio no va a seguir ; y tecnologias como la optoelectronica, superconductividad electronica y fotonica, no tienen aplicacion en videojuegos ?
En una web, comentan sobre el tema, que " la tecnología actual está ya en su límite y parece una barrera imposible de sobrepasar, por lo que los procesadores futuros estarían condenados a aumentar de tamaño físicamente hablando para poder incorporar un mayor número de transistores en su interior. " https://hardzone.es/tutoriales/rendimiento/transistores-1-nm-ley-moore/
He leido, que » el Silicio es el material más usado en el mundo, por ser más barato de refinar, y lo más importante, es más fácil llevarlo a purezas altas, sin embargo, aún se construyen dispositivos hechos de Germanio y sobre todo de Arseniuro de galio. El GaAs, eléctricamente supera al Silicio, Sin embargo, el proceso de refinación es mucho más complejo que el del Silicio y por ende mucho más caro. » https://toditoled.com/diodo/semiconductores
¿ Que hace que un semiconductor sea más barato de refinar que otro, y sea más fácil ( o más difícil ) llevarlo a pureza altas ?
También he leído, que » Un nuevo método permite sintetizar con propiedades mejoradas una forma cristalina novedosa de silicio con estructura hexagonal para crear dispositivos electrónicos y energéticos de próxima generación.»https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-nueva-forma-cristalina-silicio-avanzar-microelectronica-20210607104022.html Lo extraño, es que no se hubiese hecho un estudio teórico sobre la forma hexagonal del silicio, anteriormente.
¿ Habrán en el futuro, nuevas sorpresas de este tipo, con el silicio y otros semiconductores baratos ( nuevas estructuras cristalinas semiconductoras ), para computación doméstica de videojuegos ?
Horch, el coste depende de la madurez de la tecnología. No se auguran alternativas al silicio como semiconductor en su nicho; los nuevos materiales tienen que buscar su nicho propio (donde el silicio no pueda llegar). Para computación doméstica con videojuegos el silicio reinará durante todo el siglo XXI.
La revista electronica o blog neofronteras, habla de que: » La demanda de un mayor rendimiento de los chips y la eficiencia energética sigue aumentando, especialmente en la era de la nube híbrida, la IA y la Internet de las cosas.
El problema es que ya no se cumple la ley de Moore porque hemos topado con los átomos y no parece que se pueda ir más para abajo del par de nanómetros, que es precisamente lo que IBM acaba de anunciar. Recordemos que 1 nm son 10 átomos, más o menos, y que por debajo de eso ya hay muchos problemas de aislamiento, fugas de corrientes y otros inconvenientes. »
Pero ya se está planteando que cuando se llegue a 1 nm o menos significará el fin de la tecnología de semiconductores tal y como la hemos entendido hasta ahora, tendremos un nuevo cuello de botella y desaparecerán los restos del crecimiento económico exponencial.
El arseniuro de galio o el grafeno y los nanotubos podrían comprar algo de tiempo, pero eso significaría una industria de semiconductores muy distinta, que tendría un límite similar.
Al final este límite traerá nuevas tensiones a las ya existentes y se juntará a la escasez de recursos climáticos y ecológicos.
O puede que inventemos algo nuevo que nos permita correr económicamente otra vez hacia adelante. Ya lo veremos. »
¿ Que opinas sobre este tema ?
Horch, el porqué ya no se cumple la ley de Moore lo expliqué en «El futuro de la ley de Moore», LCMF, 10 feb 2016. No es cierto que «cuando se llegue a 1 nm o menos significará el fin de la tecnología de semiconductores…» No sé por qué lo afirmas a la ligera. La tecnología de semiconductores seguirá viva y coleando durante todo este siglo.
Horch, te recomiendo el artículo de opinión aparecido en un número especial de la revista Science: Mark S. Lundstrom, Muhammad A. Alama, «Moore’s law: The journey ahead. High-performance electronics will focus on increasing the rate of computation,» Science 378: 722-723 (17 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.ade2191. Se apuesta por la tecnología 3D (ya hay memorias con casi 200 capas) para alcanzar el billón de transistores por chip (con tecnología ~10 nm).
En cuanto a los transistores de galio se propone como nicho los transistores de alta potencia: Marko J. Tadjer, «Toward gallium oxide power electronics. Ultrawide-bandgap semiconductors show promise for high-power transistors,» Science 378: 724-725 (17 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.add2713.
En cuanto a los nanotubos de carbono se proponen dos aplicaciones, la computación de alto rendimiento a baja potencia consumida (yo no lo tengo tan claro) y la aplicacíon optoelectrónica en dispositivos tipo display (que me parece un nicho más natural): Aaron D. Franklin, Mark C. Hersam, H.-S. Philip Wong, «Carbon nanotube transistors: Making electronics from molecules,» Science 378: 726-732 (17 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.abp8278.
En la computacíon de alto rendimiento a baja potencia consumida yo me decanto por el silicio con otros dieléctricos, como también hacen Suman Datta, Wriddhi Chakraborty, Marko Radosavljevic, «Toward attojoule switching energy in logic transistors,» Science 378: 733-740 (17 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.ade7656.
Saludos
Francis
[Linus Torvlads](http://alt1040.com/tag/linus-torvalds), creador y uno de los principales encargados de mantener el núcleo de Linux, expresó su preocupación recientemente en la última [LinuxCon](http://arstechnica.com/information-technology/2013/09/linus-torvalds-worries-about-how-linux-will-handle-the-end-of-moores-law/) donde dijo:
> «¿Que pasará cuando el _hardware_ no mejore mágicamente y nos haga más rápidos a todos?, eso será interesante. Tal vez no pase por 10 o 15 años, pero pasará. Estoy muy interesado en ver como reacciona la industria cuando nos topemos con el hecho de que pronto tendremos límites físicos. La gente habla acerca de tener miles de núcleos en un solo procesador porque se siguen encogiendo, pero esta gente claramente no tiene idea de la física, porque no nos estaremos encogiendo por mucho más tiempo. Pero esperemos que la innovación no se detenga, solo porque el encogimiento lo haga.» https://hipertextual.com/2013/11/final-ley-moore
En el blog del salmón, parecen hablar de que entre medias, podría ser microelectrónica tridimensional, con transistores 3D ; transistores impresos en galio en ved de en silicio; o las arquitecturas de ordenadores 3D, con varios transistores » apilados «. Más adelante, la tecnología de computación cuántica, podría ser una salida.
https://www.elblogsalmon.com/sectores/cercano-fin-ley-moore-amenaza-bases-nuestra-sociedad-tecnologica-no-callejon-salida
La computación cuántica nunca será una alternativa a la convencional, Horch, quien vende dicha opinión ignora la opinión de la mayoría de los expertos. El nicho de la cuántica no tiene intersección con el de la convencional.
¿ Habrá, alguna vez, alguna alternativa a la computación convencional ? ¿ Se tendría que basar en solidos diferentes al Silicio, para que esta fuese posible ? Y en caso de ser así, ¿ por que ?.
Ni idea, Horch, pero la computación cuántica no es una alternativa a la computación convencional. Durante los 1970 se puso muy de moda la computación reversible, que termodinámicamente es preferible;sus ventajas desde el punto de vista de consumo energético son tan deseables que quizás algún día llegue a ser una alternativa a la convencional.
Durante este siglo XXI, continuaremos teniendo semiconductores de silicio, para computación doméstica de videojuegos; y ya que los ordenadores cuánticos parecen servir para otras tareas o nichos, que los convencionales, no pueden cubrir. Imagino que el el s XXII, en adelante, también tendremos ordenadores convencionales, basados en código binario, de semiconductores. ( para videojuegos convencionales, de plataformas, beat’em up, shoot’em up, run’n gun y lucha Vs ). Para videojuegos no convencionales de mundo abierto y simulaciones de Realidad Virtual, más inmersión, no se…
En cualquier caso, recibe un cordial saludo. 🍻
Por ultimo, solo me quedan un par de preguntas mas:
Los semiconductores se forman, cuando los átomos tienen un número de coordinación de 4, como en la fluorita y en la blenda de zinc. En las que forman una fase ortorombica y monoclinica, centradas en la base, se ve que también tienen los átomos que la forman, coordinación 4. ¿ Estas, celdas también son semiconductoras ? En caso contrario, ¿ por que ?
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¿ La formula de Pamplin, también puede aplicarse a estas celdas, ortorombicas y monoclinicas, centradas en la base ? En caso contrario, ¿ que regla se aplica en estas dos ?
https://steemit.com/spanish/@iamphysical/ciencia-y-tecnologia-el-estudio-de-los-materiales-semiconductores
Un saludo 😊.