Llega el 'chip' de grafeno
El espa?ol Tom¨¢s Palacios, profesor del MIT, consigue fabricar transistores de grafeno 10 veces m¨¢s r¨¢pidos que los de silicioLos 'chips' del revolucionario material, de un ¨¢tomo de espesor, podr¨ªan alcanzar velocidades de mil GHz
Primero fue el cobre. Este material permiti¨® transmitir informaci¨®n de un punto a otro. Despu¨¦s lleg¨® el germanio del transistor original, creado en los laboratorios Bell. Empezaba la era de la inform¨¢tica pero, como el material era inestable, fue sustituido por el silicio, el semiconductor con el que se fabrican los microprocesadores desde el siglo pasado.
El reinado del silicio est¨¢ llegando a su fin. No sufran, ya tiene sustituto y se llama grafeno. En 15 o 20 a?os ordenadores, m¨®viles, sensores y otros equipos electr¨®nicos ser¨¢n de este nuevo material, una forma de carbono puro.
Un equipo de investigaci¨®n del Instituto Tecnol¨®gico de Massachussets (MIT), liderado por el espa?ol Tom¨¢s Palacios, est¨¢ fabricando alguno de los primeros aparatos y circuitos electr¨®nicos basados en grafeno, descubierto en 2004 por los cient¨ªficos Andre Geim y Kostya Novoselov de la Universidad de Manchester.
Con propiedades entre semiconductor y metal, este nuevo material de una sola capa at¨®mica de espesor revolucionar¨¢ las telecomunicaciones y la inform¨¢tica al permitir la fabricaci¨®n de microprocesadores, sensores y sistemas de comunicaci¨®n mucho m¨¢s veloces que los actuales. "Uno de los paradigmas de la electr¨®nica es incrementar la frecuencia de las se?ales el¨¦ctricas, para fabricar ordenadores cada vez m¨¢s r¨¢pidos o m¨®viles capaces de transmitir datos a mayor velocidad. "Si con los chips de silicio podr¨ªamos llegar como m¨¢ximo a los 100 GHz de velocidad, usando transistores de grafeno se alcanzar¨ªa el terahercio (1 THz). Es decir, 10 veces m¨¢s", dice este madrile?o de 30 a?os, profesor del MIT.El prototipo de "transistor de grafeno" fue presentado en la reuni¨®n anual de la Sociedad Americana de F¨ªsica en marzo. Tambi¨¦n se publicar¨¢ en la Electron Device Letters, la revista m¨¢s prestigiosa de aparatos el¨¦ctronicos de Estados Unidos, en su edici¨®n de mayo. Si todo va bien, en dos a?os saldr¨¢n versiones comerciales de estos chips avanzados al mercado.
El equipo de Palacios no s¨®lo ha fabricado transistores diez veces m¨¢s r¨¢pidos que los de silicio. Tambi¨¦n aprovecha las propiedades del grafeno para desarrollar aparatos electr¨®nicos que no se podr¨ªan fabricar con ning¨²n otro material. Por ejemplo, un multiplicador de frecuencia que "mejorar¨¢ las comunicaciones inal¨¢mbricas y la electr¨®nica de silicio actual, duplicando la capacidad de transmisi¨®n de cada chip al que se le a?ada el multiplicador".
Palacios es un ingeniero de telecomunicaciones. Con 19 a?os ya investigaba sobre semiconductores compuestos, como el nitruro de galio, en la Universidad Polit¨¦cnica de Madrid (UPM). Al a?o de acabar la carrera, se traslad¨® a la de California para ampliar estudios. Terminado el doctorado, consigui¨® plaza de profesor en el departamento de ingenier¨ªa electr¨®nica y ciencias de la computaci¨®n del MIT. Adem¨¢s, empez¨® a dirigir un equipo de 12 personas en los laboratorios de tecnolog¨ªa de microsistemas del mismo centro tecnol¨®gico. All¨ª han conseguido fabricar los transistores de grafeno capaces de transmitir datos a gran velocidad. Tambi¨¦n desarrollan un sensor basado en este material que, con s¨®lo apuntar a un alimento, determinar¨¢ si es fresco.
El grafeno es carbono en estado puro. Muchos investigadores lo han estudiado de manera te¨®rica durante m¨¢s de 50 a?os. Nadie cre¨ªa que se pod¨ªan fabricar dispositivos con este material hasta que, en 2004, cient¨ªficos de la universidad de Manchester (Gran Breta?a) descubrieron c¨®mo obtener grafeno del grafito, el material de la mina del l¨¢piz. "Si pegas y despegas m¨²ltiples veces un trozo de celo impregnado con fragmentos de grafito de la mina, acabas obteniendo grafeno: una ¨²nica capa de ¨¢tomos de carbono", precisa Palacios.
El procedimiento era muy rudimentario, pero abri¨® la puerta para que muchos cient¨ªficos empezaran a trabajar con el material, cuyas propiedades son "asombrosas y ¨²nicas. A nivel mec¨¢nico, es el m¨¢s resistente jam¨¢s descubierto. En un futuro, podr¨ªa permitir la fabricaci¨®n de cualquier estructura, como coches y aviones, m¨¢s resistente y ligera. A nivel electr¨®nico, 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 ¨²nica compa?¨ªa que lo vende. De momento. Varios grupos universitarios y empresas tratan de desarrollar una manera alternativa para obtenerlo, y que sea f¨¢cil de producir industrialmente, su principal escollo.
Jing Kong, colega de Palacios en el MIT, crea obleas enteras de grafeno sobre una superficie de n¨ªquel. "Este m¨¦todo es m¨¢s ¨²til 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 incre¨ªble. No s¨®lo revoluciona la electr¨®nica, la inform¨¢tica y las comunicaciones, sino que est¨¢ cambiando la manera en la que se estudia la f¨ªsica".
Mini acelerador de part¨ªculas
?Le suena el acelerador de part¨ªculas del CERN? El complejo, que ocupa kil¨®metros cuadrados cerca de Ginebra (Suiza), sirve para explorar el mundo de lo infinitamente peque?o para buscar los elementos fundamentales de la materia. Los f¨ªsicos est¨¢n tratando de usar el grafeno para fabricar una especie de acelerador en miniatura. "En un fragmento de grafeno de un ¨²nico cent¨ªmetro cuadrado es posible realizar muchos de los experimentos que hasta ahora requer¨ªan laboratorios como el del CERN".
Si se convierte en realidad, los cient¨ªficos podr¨ªan buscar el Bos¨®n de Higgs, una part¨ªcula elemental hipot¨¦tica, que a¨²n no ha sido observada, y conocida como la part¨ªcula Dios, en un laboratorio que cabe en la yema del dedo.
TOM?S PALACIOS: web.mit.edu/tpalacios
Materiales que han cambiado el mundo
En la naturaleza, los materiales se pueden dividir en tres tipos seg¨²n c¨®mo conducen la electricidad: los conductores, los aislantes y los semiconductores.
El cobre fue, es y seguir¨¢ siendo un material estrat¨¦gico, que se emplea desde la antiguedad. Es el metal no precioso (oro, plata) que mejor conduce la electricidad. El cable que permiti¨® transmitir informaci¨®n de un punto a otro por primera vez estaba hecho de este duradero material que se puede reciclar casi ilimitadamente. Tambi¨¦n utilizan cobre los cables el¨¦ctricos, los componentes de numerosos equipos electr¨®nicos y la mayor¨ªa de hilos telef¨®nicos que dan acceso a Internet.
El primer transistor era de germanio, un semiconductor, y fue inventado por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley en los laboratorios Bell, por lo que recibir¨ªan el Premio Nobel. Su desarrollo desemboc¨® en numerosas aplicaciones en el campo de la electr¨®nica, pero fue r¨¢pidamente sustituido por el silicio, otro semiconductor mucho m¨¢s estable y f¨¢cil de fabricar. Actualmente, el germanio se emplea en la fabricaci¨®n de fibra ¨®ptica o los equipos de visi¨®n nocturna, entre otras aplicaciones.
Hasta ahora, el mejor material para desarrollar los transistores de los chips es el silicio, el segundo elemento m¨¢s abundante en la corteza terrestre.
La regi¨®n al sur de San Francisco, donde se concentran muchas empresas de inform¨¢tica y electr¨®nica, se conoce como Silicon Valley (Valle del Silicio). Sin embargo, este material, que se obtiene de la arena, no sirve para fabricar emisores de luz como el l¨¢ser, los LEDs o las se?ales de tr¨¢fico, de ah¨ª que se desarrollaran los semiconductores compuestos, como el arseniuro de galio y el nitruro de galio. Los m¨®viles, por ejemplo, combinan varios chips de silicio, arseniuro de galio y nitruro de galio, entre otros componentes.
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