Grafeno, el material que marcará la nueva era de la electrónica

Autor: JJ Velasco

Grafeno-Universidad-de-ManchesterDesde hace un par de años nos viene sonando el nombre de un material que parece abrirnos las puertas de un futuro muy prometedor con dispositivos electrónicos extremadamente eficientes, resistentes y capaces de superar las presentes barreras tecnológicas de la miniaturización: el grafeno.

Este material, en el que la Comisión Europea ha anunciado que invertirá mil millones de euros en proyectos de investigación, nos acerca hacia un punto de inflexión en el que la tecnología que conocemos dará un enorme salto cualitativo presentándonos dispositivos electrónicos flexibles, implantes biocompatibles de pequeño tamaño, líneas de alta tensión de alta conductividad o memorias de gran capacidad; dispositivos que sin darnos cuenta se irían alejando de uno de los materiales que ha marcado nuestra tecnología en los últimos 70 años: el silicio.

¿QUÉ ES EL GRAFENO?

El grafeno es un material compuesto por carbono puro; de hecho, su composición química es idéntica al diamante o al grafito y la diferencia estriba en la estructura en la que se organizan los átomos de este elemento (que es lo que conoce como alotropía). En el caso del grafeno, la estructura de los átomos y los enlaces entre estos forman una especie de teselado hexagonal (igual que los panales de abeja) que comenzó a estudiarse en los años 30, aunque nos parezca un material muy nuevo, y a finales de los años 40 se publicaron algunos estudios de caracterización del material. Por aquel entonces, sin embargo, se determinó que era un material inestable y no se le prestó demasiada atención.

Hubo que esperar a nuestra época para que Andre Geim y a Konstantin Novoselov trabajasen, en la Universidad de Mánchester, en su caracterización y su asilamiento a temperatura ambiente (un trabajo por el que recibirían el Premio Nobel de Física en el año 2010.

¿Y por qué es importante el grafeno? ¿Qué puede aportar un derivado del carbono al mundo de la tecnología? El grafeno es un material muy flexible y resistente (gran elasticidad y dureza, con una dureza muy superior a la del acero y cercana al diamante), es transparente, es capaz de autoenfriarse y autorepararse, tiene una resistividad muy baja (apenas se calienta al transportar corriente y, por tanto, apenas hay pérdidas por efecto Joule), consume menos energía que el silicio y también es capaz de generar electricidad en presencia de luz y, siguiendo con la comparativa con el silicio, también puede ser dopado con otros materiales para variar sus propiedades.

EL GRAFENO EN EL ÁMBITO DE LA ELECTRÓNICA

Las propiedades que presenta el grafeno han hecho que este material se haya postulado como un complemento e incluso como un sustituto del silicio en el ámbito de la electrónica y los circuitos integrados, así como la base sobre la que construir los ansiados súperconductores que nos permitan evolucionar nuestras líneas de alta tensión para transportar energía de manera eficiente a nuestros hogares.

A día de hoy, el grafeno es el eje sobre el que giran un gran número de investigaciones de todo el mundo, tanto para desarrollar procesos de fabricación del material (que hagan viable su uso masivo) como para su integración en dispositivos electrónicos. En el año 2008, IBM anunció uno de sus trabajos de I+D con grafeno, desarrollando transistores que trabajaban a 26 GHz, una cota que superaría años más tarde llegando a los 100 GHz y los 300 GHz. Samsung es otra de las compañías que han trabajado con el grafeno en el desarrollo de transistores y, recientemente, presentaron el Barristor, un transistor de silicio y grafeno ideal para trabajar en aplicaciones con conmutaciones muy rápidas y abrir la puerta al desarrollo de microprocesadores capaces de alcanzar las centenas de GHz o, incluso, llegar al THz de frecuencia de funcionamiento.

¿Y por qué combinar el grafeno con el silicio? Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel, enunció en abril de 1965 la conocida como Ley de Moore, un postulado que decía que aproximadamente cada dos años se duplicaba el número de transistores en un circuito integrado y, por tanto, también se reducía el tamaño de estos para que el factor de forma no creciese en demasía.

Este postulado, hoy en día, sigue estando vigente: nuestros microprocesadores cada vez tienen más transistores y estos son cada vez más pequeños. Sin embargo, estamos llegando a los propios límites del silicio. Dicho de otra forma, cada vez nos acercamos más a un tamaño de transistor que no se podría reducir más sin riesgo de inestabilidades, una barrera que el grafeno puede ayudar a superar y, precisamente, por eso está presente en esta nueva generación de transistores que se está desarrollando en muchos de estos centros de investigación.

De hecho, tanto Samsung como la UCLA (Universidad de California – Los Ángeles) trabajan en un proyecto de investigación para miniaturizar, aún más, las memorias flash y superar la barrera de los 22 nanómetros para llegar a un objetivo de tamaño de 10 nanómetros. Memorias flash más pequeñas nos permitirían aumentar, sustancialmente, la capacidad de almacenamiento de nuestros dispositivos sin necesidad de aumentar su tamaño o su factor de forma, algo en lo que se verían beneficiados los smartphones, tabletas y dispositivos multimedia del futuro.

EL FUTURO AL QUE NOS TRANSPORTA EL GRAFENO

El grafeno nos está abriendo las puertas de un futuro de dispositivos mucho más pequeños pero, a su vez, mucho más potentes: un escenario en el que podremos trabajar con dispositivos de gran velocidad y transmitir datos, de manera inalámbrica, a velocidades del orden de los terabits por segundo y visualizar toda esta información en pantallas flexibles que recuperan su forma original tras sufrir cualquier clase de deformación.

¿Y cuándo llegará este futuro tan fascinante? La respuesta a esta pregunta, realmente, no es nada sencilla, pero existen algunos estudios que apuntan a 2024 como la fecha de la explosión del grafeno. Según James D. Meindl, responsable del centro de investigación de nanoelectrónica del Georgia Institute of Technology, el grafeno no sustituirá al silicio de los componentes y dispositivos comerciales hasta dentro de algo más de 10 años, es decir, hasta que no alcancemos un punto muerto en nuestros actuales procesos de fabricación, momento en el que la famosa Ley de Moore dejaría de cumplirse (algo que se dice que ocurrirá en 2024, cuando lleguemos al límite de la tecnología con los 7 nanómetros de tamaño de transistor).

Aunque el grafeno se convierta en el “material de moda”, esto no implica que abandonemos el silicio como la base de nuestra tecnología; de hecho, estamos viendo cómo las investigaciones caminan por una senda en la que el grafeno actúa como un complemento del silicio y son varias las voces que afirman que el grafeno no tienen por qué significar el fin de la era del silicio. Un material fascinante que, sin duda, cada vez estará más presente en baterías, pantallas y todo tipo de dispositivos que lleguen al mercado en los próximos años.

Fuente: http://blogthinkbig.com/grafeno-nueva-era-electronica/

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