Adios al Silicio Llega el Grafeno

Adios al Silicio. Llega el Grafeno! Un profesor español del MIT consiguió fabricar transistores de grafeno 10 veces más rápidos que los de silicio. Los ‘chips’ del revolucionario material, de un átomo de espesor, podrían alcanzar velocidades de 1000 GHz

El reinado del silicio está llegando a su fin y ya tiene sustituto, se llama grafeno. En 15 o 20 años computadoras, móviles, sensores y otros equipos electrónicos serán de este nuevo material, una forma de carbono puro.

Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), liderado por el español Tomás Palacios, está fabricando alguno de los primeros aparatos y circuitos electrónicos basados en grafeno, descubierto en 2004 por los científicos Andre Geim y Kostya Novoselov de la Universidad de Manchester.

Con propiedades entre semiconductor y metal, este nuevo material de una sola capa atómica de espesor revolucionará las telecomunicaciones y la informática al permitir la fabricación de microprocesadores, sensores y sistemas de comunicación mucho más veloces que los actuales. “Uno de los paradigmas de la electrónica es incrementar la frecuencia de las señales eléctricas, para fabricar ordenadores cada vez más rápidos o móviles capaces de transmitir datos a mayor velocidad. “Si con los chips de silicio podríamos llegar como máximo a los 100 GHz de velocidad, usando transistores de grafeno se alcanzaría el terahercio (1 THz). Es decir, 10 veces más”, dice este madrileño de 30 años, profesor del MIT.El prototipo de “transistor de grafeno” fue presentado en la reunión anual de la Sociedad Americana de Física en marzo. También se publicará en la Electron Device Letters, la revista más prestigiosa de aparatos eléctronicos de Estados Unidos, en su edición de mayo. Si todo va bien, en dos años saldrán versiones comerciales de estos chips avanzados al mercado.

El equipo de Palacios no sólo ha fabricado transistores diez veces más rápidos que los de silicio. También aprovecha las propiedades del grafeno para desarrollar aparatos electrónicos que no se podrían fabricar con ningún otro material. Por ejemplo, un multiplicador de frecuencia que “mejorará las comunicaciones inalámbricas y la electrónica de silicio actual, duplicando la capacidad de transmisión de cada chip al que se le añada el multiplicador”.

Palacios es un ingeniero de telecomunicaciones. Con 19 años ya investigaba sobre semiconductores compuestos, como el nitruro de galio, en la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Al año de acabar la carrera, se trasladó a la de California para ampliar estudios. Terminado el doctorado, consiguió plaza de profesor en el departamento de ingeniería electrónica y ciencias de la computación del MIT. Además, empezó a dirigir un equipo de 12 personas en los laboratorios de tecnología de microsistemas del mismo centro tecnológico. Allí han conseguido fabricar los transistores de grafeno capaces de transmitir datos a gran velocidad. También desarrollan un sensor basado en este material que, con sólo apuntar a un alimento, determinará si es fresco.

El grafeno es carbono en estado puro. Muchos investigadores lo han estudiado de manera teórica durante más de 50 años. Nadie creía que se podían fabricar dispositivos con este material hasta que, en 2004, científicos de la universidad de Manchester (Gran Bretaña) descubrieron cómo obtener grafeno del grafito, el material de la mina del lápiz. “Si pegas y despegas múltiples veces un trozo de celo impregnado con fragmentos de grafito de la mina, acabas obteniendo grafeno: una única capa de átomos de carbono”, precisa Palacios.

El procedimiento era muy rudimentario, pero abrió la puerta para que muchos científicos empezaran a trabajar con el material, cuyas propiedades son “asombrosas y únicas. A nivel mecánico, es el más resistente jamás descubierto. En un futuro, podría permitir la fabricación de cualquier estructura, como coches y aviones, más resistente y ligera. A nivel electrónico, es el de mayor movilidad, cien veces la del silicio, lo que permite acelerar los electrones hasta velocidades muy superiores a las posibles en cualquier otro semiconductor”, asegura Palacios.

Graphene Industries, creada por los descubridores del grafeno, es la única compañía que lo vende. De momento. Varios grupos universitarios y empresas tratan de desarrollar una manera alternativa para obtenerlo, y que sea fácil de producir industrialmente, su principal escollo.

Jing Kong, colega de Palacios en el MIT, crea obleas enteras de grafeno sobre una superficie de níquel. “Este método es más útil desde el punto de vista comercial, sin embargo la movilidad del grafeno es menor que la que se obtiene pegando y despegando trozos de celo”. El investigador, convencido de sus posibilidades, afirma: “Es un material increíble. No sólo revoluciona la electrónica, la informática y las comunicaciones, sino que está cambiando la manera en la que se estudia la física”.

Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:

Alta conductividad térmica y eléctrica.
Semiconductor
Red cristalina de alta resistencia (la más resistente descubierta).
Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes:

Los electrones que se trasladan sobre la estructura en nido de abeja, formada por celdas hexagonales con átomos de carbono en los vértices, se comportan como cuasipartículas sin masa. Los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.
El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. Otros semiconductores presentan este efecto a temperaturas muy bajas, pero únicamente el grafeno lo mantiene a temperatura ambiente. Esta propiedad hace de este un semiconductor de extraordinaria calidad. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).
Debido a las propiedad anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas).
El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. En enero de 2009, se publicó el descubrimiento de un derivado del grafeno denominado grafano, obtenido al añadir un átomo de hidrógeno. Este nuevo cristal, al contrario que el grafeno, posee propiedades aislantes.

Fuente: http://www.eigualmc2.com/2009/04/adios-al-silicio-llega-el-grafeno/



IBM construye un transistor de grafeno a 26GHz


Todos los fabricantes de procesadores están trabajando activamente en soluciones para la era post-silicio. Una de las actuales alternativas es el grafeno (una sola capa atómica de grafito). Como prueba de que la solución parece prometedora, IBM anunció que ha construido un transistor basado en grafeno a 26GHz, un nuevo récord.

Claro es puesto es un logro, pero aún están lejos de fabricar un CPU enteramente basado en grafeno e incluso más lejos de la producción en masa. Ahora veremos cómo la industria IT seguirá en el próximo cuarto de siglo.

Los chips manufacturados a partir de grafeno pueden tener hasta 5 veces más densidad que los chips hechos con silicio. Más aún, consumirían menos energía, funcionarían entre -75 y 200°C y resistirían radiación ionizante. Esto último es muy interesante. Mientras más pequeños se vuelven los chips, se hacen más sensibles a la radiación, y por lo tanto a los rayos cósmicos que nos bombardean constantemente. En resumen, son la panacea de la memoria. Será necesario, desde luego, que los procesos de manufactura necesarios sean creados y que puedan ser fabricados en masa a un costo aceptable.

El grafeno es una molécula de carbono bidimensional, con el espesor de un átomo, con una alta conductividad y una mínima resistencia. En estos dos años, este material se ha convertido en uno de los temas fundamentales de los que se está encargando la física.

Desde que finalmente se diera con él en 2004, el goteo de noticias (a cual más asombrosa) acerca del grafeno ha sido continuo. Han aumentado sin cesar las tesis doctorales (de un par de ellas hace cuatro años a cientos en 2007), las investigaciones y las notas de prensa sobre nuevas aplicaciones de este reciente y extraordinario material.

Las aplicaciones del grafeno (algunas aún potenciales y otras llevadas ya a la realidad y la práctica) incluyen desde sus usos electrónicos –dadas sus extraordinarias propiedades conductoras y semiconductoras–, hasta la futura construcción de ascensores espaciales, pasando por la fabricación de corazas humanas en el ámbito de la seguridad, por ejemplo un chaleco antibalas de una flexibilidad sólo comparable a su extrema resistencia, y tan fino como el papel.

La última novedad sobre el grafeno, según informa en un comunicado la Universidad de Columbia, es que, por primera vez, los investigadores han confirmado lo que ya se sospechaba: que se trata del material más fuerte jamás probado.

Fuente: http://www.faq-mac.com/noticias/33686/ibm-construye-transistor-grafeno-26ghz

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