Chips electrónicos y dispositivos a partir de óxido de grafeno

17 mayo 2017

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El diseño de nuevos dispositivos electrónicos siempre ha estado orientado y casi condicionado a la disminución del tamaño de éstos, ya sea por la capacidad de hacer dispositivos portátiles más fáciles de llevar en el bolsillo (teléfonos móviles, tablets, portátiles…) o la mejora de las prestaciones de éstos sin tener que aumentar sus dimensiones. Pues bien, si queremos conseguir una nueva generación de dispositivos de fácil transporte y a la vez más ligeros, con mayor velocidad de procesamiento, mayor capacidad de almacenamiento o con capacidad de incorporar baterías de mayor duración, debemos romper cada una de las barreras que ha supuesto el tamaño de los transistores y, por consiguiente, los chips electrónicos. (Imagen de portada: FreeImages.com/Akash Khairate)

Javier López Díaz

El grafeno es un material que ha protagonizado las portadas de muchos medios de comunicación tanto científicos y no científicos como una de las últimas grandes revoluciones dentro de la ciencia de los materiales (ya sea por sus propiedades tanto eléctricas, como mecánicas), hecho por el cual puede ser de sobra conocido por el lector. Así que vamos a centrarnos en un compuesto del grafeno, el óxido de grafeno. Además de conservar el espesor del grafeno, éste tiene un gran interés como material semiconductor ya que podemos controlar su conductividad según la concentración de oxígeno en su composición, lo cual lo hace un material ideal para fabricar chips con espesores atómicos dado que se trata de un material casi bidimensional. Un reciente estudio de la universidad de Copenhague en colaboración con el instituto de ciencias de Beijín (publicado en la prestigiosa revista “Advanced Materials”)  ha dado como resultado el diseño del primer dispositivo electrónico de tan sólo unas moléculas de espesor. Este se conforma de  una capa de oro, otra de alúmina (Al2O3) y una última capa ultrafina y transparente de óxido de grafeno (de tan sólo 5-7 nm). Este dispositivo funcionaría como un transistor de efecto campo (FET) que, básicamente, funciona como un dispositivo modulador de la corriente eléctrica que entra desde uno de los terminales, la fuente, y llega hasta otro de sus terminales, el drenador. Esta corriente puede ser controlada a través de un tercer terminal, llamado puerta. En este caso la señal de puerta será una señal lumínica y no una corriente eléctrica, ya que, si se aplica luz sobre esta puerta la corriente fuente-drenador puede aumentar o disminuir. Esta capacidad hace que quede más cerca la capacidad de crear un circuito integrado a partir de varias moléculas.

Los usos de este dispositivo no acaban en la industria de los nanochips ya que otro de los usos para los que fue concebido es para testear la capacidad de una molécula de conducir electricidad, lo que ofrece la posibilidad de determinar la funcionalidad de nuevos materiales nanométricos como nanohilos conductores e incluso contactos electrónicos. Otra característica interesante de estos nuevos dispositivos es que se apoya principalmente en la capa de óxido de grafeno. Al ser un material formado por carbono, se podría disminuir la producción de deshechos asociados a metales pesados y será menos decisiva la extracción de coltán para el diseño de microprocesadores. Además el precio se puede ver reducido si se consigue una forma más económica para la producción del grafeno, ya que aún presenta ciertos problemas y no resulta especialmente rentable pese a que la fuente de la que se obtiene el grafeno es el grafito, un mineral muy abundante en la corteza terrestre y con gran disponibilidad.

En resumen, una vez que el problema de la producción a gran escala se vea resuelto (a día de hoy se fabrica mediante métodos químicos) este dispositivo podría suponer un gran avance dentro del campo de las telecomunicaciones y romper la barrera del tamaño que sugerían las leyes de la física.

 Fuente: University of Copenhagen, Publicación “Advanced Materials”

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