El transistor de grafeno ha sido ahora incorporado a un circuito integrado.
El grafeno es una de esas grandes promesas de la ingeniería de materiales que, desde su aparición en 2004, todavía está en vias de demostrar su real valor práctico.
Hasta ahora pertenecía más al campo de la ciencia que de la tecnología; las técnicas para producirlo eran limitadas y sus aplicaciones sólo existían a nivel teórico.
Pero dos recientes avances pueden hacer que el grafeno se convierta en una promesa cumplida, y que salga del laboratorio para formar parte de dispositivos tecnológicos reales.
El primero de los avances es a nivel de su manufactura.
Magnesio y hielo seco
Hasta ahora el grafeno se "cultivaba" a temperaturas sofocantes, utilizando una técnica denominada deposición química de vapor.
El grafeno se "cultiva" a unos 1.000°C en su forma de producción tradicional.
"En este proceso, se hace pasar una mezcla de gases por sobre un metal -una película de cobre o níquel- calentado a 1.000°C, que funciona como catalizador", explicó Daniil Stolyarov, director de tecnología de Graphene Laboratories.
"Moléculas de metano se descomponen sobre la superficie del metal y liberan átomos de carbono, que luego se ensamblan conformando una película de grafeno".
Es un sistema complejo, que da un muy bajo rendimiento.
Pero ahora investigadores de la Nothern Illinois University (NIU) han encontrado una forma mucho más fácil de producir grafeno a gran escala, quemando magnesio en hielo seco.
Los científicos aseguran que el método es simple, rápido y tiene un menor impacto ambiental.
El equipo, que publicó sus hallazgos en la revista Journal of Materials Chemistry, dijo que logró producir grafeno de "unas pocas capas", de varios átomos de espesor.
El descubrimiento de la NIU ocurrió mientras los investigadores experimentaban con la creación de nanotubos de carbón.
¿Qué es grafeno?
- Elaborado del grafito, que se encuentra en las minas de los lápices.
- Compuesto de átomos de carbono fuertemente unidos en forma hexagonal.
- Tres millones de láminas de grafeno juntas tendrían un espesor de 1 milímetro.
- Es un excelente conductor de calor y electricidad. Podría usarse para circuitos semiconductores y partes de computadoras.
- Experimentos han demostrado su increíble tenacidad.
"Nos sorprendió a todos", dijo Narayan Hosmane, profesor de química y bioquímica.
Chips más veloces
El segundo gran avance que emociona a los científicos de materiales está vinculado a una posible aplicación del grafeno.
Sus propiedades de conducción eléctrica son bien conocidas, y los diseñadores de chips han venido soñando con la posibilidad de desarrollar procesadores basados en grafeno.
En 2010 IBM dio los primeros pasos al crear un sencillo transistor de grafeno.
Este mes la compañía anunció que fue más allá: integró el transistor en un tipo de circuito llamado mezclador de frecuencias de banda ancha (broadband frequency mixer, en inglés), componente esencial de televisores, teléfonos celulares y radios.
"Cuando una estación de radio transmite a través del espacio, lo onda que llega al receptor es de alta frecuencia y no puede escucharse, así que debe convertirse a una baja frecuencia, audible", dijo a la BBC el científico que lidera el proyecto, Phaedon Avouris.
IBM dice que su investigación es un importante hito de cara al futuro de los dispositivos con conexión de datos inalámbrica.
Tal vez más importante sea que ha demostrado la capacidad de crear circuitos integrados de grafeno.
Primer circuito integrado, con un transistor de grafeno.
En el pasado los científicos han tenido dificultades cuando intentaban preservar la integridad del material durante el proceso de grabado de silicio.
Lograr que funcionara junto a otros materiales con los que se fabrican chips también ha resultado problemático.
"Nuestro trabajo demuestra que el grafeno se puede utilizar en forma práctica, ya no es un material individual"
Otro científico del proyecto, Yu-Ming Lin, explicó que "esta es la primera experiencia de producción a escala de oblea (en referencia a las obleas de silicio que forman la base de producción de los chips) de un circuito integrado con grafeno; y demostramos que el grafeno se puede combinar con otros elementos, lo que brinda un mayor rendimiento y da funcionalidades más complejas a un circuito".
Los resultados parecen sorprendentes.
En el trabajo que publicó en la revista Science, el equipo explicó que el circuito podía operar a altas frecuencias, de hasta 10GHz (10.000 millones de ciclos por segundo) y a temperaturas de hasta 127°C.
Gran sorpresa
El trabajo de IBM sorprendió a muchos, aún a uno de los descubridores del grafeno.
"Nunca sospeché que llegaríamos a este punto tan pronto", dijo Konstantin Novoselov, de la Manchester University.
Él, junto a su colega Andre Geim, son los responsables del hallazgo -en 2004- de este material altamente conductivo, de gran tenacidad y transparencia.
Yu-Ming Lin (izq.) y Phaedon Avouris forman parte del equipo de IBM que investiga aplicaciones del grafeno.
Los científicos consiguieron extraer grafeno cuando experimentaban con cinta adhesiva y el material de los lápices, grafito.
Por este descubrimiento obtuvieron el premio Nobel.
"El circuito integrado (desarrollado por IBM) es un lógico paso hacia adelante, y está en un punto medio entre los primeros experimentos y posibles usos del material en la vida real", dijo Novoselov.
"Pero me sorprendió que alguien lograra hacerlo tan pronto".
Otros usos
Gigantes de la electrónica, al igual que pequeños laboratorios, ávidos de contar con componentes electrónicos más pequeños, rápidos, térmicamente estables y poderosos que los actuales, tienen al grafeno en la mira.
Samsung ha realizado fuertes inversiones en investigaciones sobre el grafeno, y Nokia ha anunciado recientemente planes para asociarse con terceras partes -como los ganadores del Nobel- para explorar las potencialidades del grafeno.
Más allá de la electrónica, el grafeno se podría utilizar en óptica y en el desarrollo de materiales compuestos.
En laboratorios alrededor del mundo ya se han desarrollado prototipos que utilizan grafeno, y sus posibilidades no parecen tener límites.
"Su teléfono podrá percibir si lo está tocando, percibirá el entorno; y no tendrá que apretar un botón para encenderlo, el aparato reconocerá si está siendo utilizado"
Andrea Ferrari, Universidad de Cambridge
También ha atraído la atención de los biólogos, ya que por sus propiedades de transparencia, resistencia y conductividad lo harían un candidato ideal como componente de microscopios electrónicos de transmisión.
Samsung ha prometido que lanzará en el futuro cercano su primer teléfono celular con pantalla de grafeno.
Andrea Ferrari, de la Universidad de Cambridge, dice que más allá de ser totalmente flexible, una pantalla táctil hecha de grafeno podría ofrecer una "impresionante" respuesta.
"Pasamos de botones físicos a pantallas táctiles; el próximo paso es integrar algunas capacidades sensibles", dice Ferrari.
"Su teléfono podrá percibir si lo está tocando, percibirá el entorno; y no tendrá que apretar un botón para encenderlo, el aparato reconocerá si está siendo utilizado".
También dijo que un día no hará falta llevar dispositivos GPS (de posicionamiento satelital global), ya que podrían estar entretejidos en nuestras ropas, junto con otros dispositivos hechos de grafeno.
"Además de GPS uno podría tener algo que controle, por ejemplo, el ritmo cardíaco, integrado en la tela", dice Ferrari.
El grafeno ayudaría, inclusive, a que los aviones se "comuniquen" con sus pilotos.
El científico explicó que las propiedades eléctricas del grafeno varían según la tensión a la que se lo somete, como cuando hay fuertes vientos, por caso.
Así que el fuselaje de un avión podría ser capaz de "sentir" si está sometido a grandes o pequeñas fuerzas y dar esa información a la cabina, sin necesidad de tener sensores extra.
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