El material donde vuelan los electrones


El grafeno podría ser el material del futuro en la fabricación de los microchips

El grafeno, una capa de átomos de carbono 200 veces más resistente que el acero y en la que los electrones tienen una movilidad 100 veces superior a la que les ofrece el silicio (el material con el que se fabrican los microprocesadores de los ordenadores), está más cerca de convertirse en el material del futuro.

En abril, investigadores de la Universidad de Texas publicaban en Science que habían logrado producir la primera muestra de grafeno de un centímetro de longitud. Hasta ahora, solo había sido posible construir microcristales de este material, útiles para el estudio experimental, pero insuficientes para pensar en una aplicación práctica.

Video Universidad Politécnica de Madrid

Esta semana, también en Science, investigadores del Georgia Institute of Technology y el National Institute of Standards and Technology (EEUU) publican una medición del espectro energético de este compuesto de carbono de propiedades exóticas. Una de estas características, a la que los electrones pueden deber su gran movilidad dentro del grafeno, es que estas y otras partículas que transportan cargas eléctricas se comportan como si no tuviesen masa.

Cinco años de existencia

nanotubo

La existencia teórica del grafeno se había planteado desde hace décadas, pero se creía que un cristal bidimensional, hecho con una sola capa de átomos, se desharía. Hasta 2004. Ese año, un equipo de la Universidad de Manchester dirigido por Andre Geim logró demostrar que era posible crear cristales bidimensionales.

Ahora, el trabajo de un gran número de equipos científicos en el mundo consiste en preparar cantidades de este material suficientes para su uso en electrónica o construcción de otros materiales. Este es el caso de Ignacio Paredes y su equipo en el Instituto Nacional del Carbón (CSIC). “Para obtener los grafenos, tomamos grafito y lo modificamos por oxidación. Después es posible exfoliarlo y obtener láminas individuales del material“, explica Paredes. “El problema es que los métodos químicos necesarios para obtener el grafeno lo degradan, y hacen que pierda sus virtudes. Eso es lo que queremos mejorar”, añade.

Fuente http://www.publico.es

Hace tiempo que investigadores e industriales piensan en el grafeno (aislado por primera vez en 2004) como sustituto del silicio para el desarrollo de los semi-conductores en los que se sustentarán los futuros ordenadores ultra-rápidos. Y ésta es sólo una de las múltiples aplicaciones que evolucionan ya –tanto en el ámbito de la nanotecnología como fuera de él– a partir de este material de extraordinarias propiedades. Ahora los científicos han confirmado lo que también sospechaban hace ya tiempo: que se trata del material más fuerte que jamás hayamos conocido.

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. En Tendencias21 ya hemos informado de la creación del primer nanotransistor construido con grafeno y también del desarrollo de un derivado del material, el óxido de grafeno, de propiedades no menos sorprendentes.

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 testeado.

Un sólido futuro

Las pruebas han sido llevadas a cabo por Jaffrey Kysar y James Hone, profesores de ingeniería mecánica de la Universidad de Columbia, y consistieron en la medición de la fuerza que se necesita para romper el grafeno. Para ello tuvieron que utilizar –como no podía ser de otro modo– diamante, asimismo alótropo del carbono y mineral natural de extrema dureza, con un 10 asignado en la clásica escala de dureza de Mohs.

Se hicieron agujeros de un micrómetro de ancho sobre una lámina de silicio y se puso en cada uno de esos agujeros una muestra perfecta de grafeno. Y a continuación rompieron el grafeno con un instrumento puntiagudo hecho de diamante.

Para que podamos hacernos una idea de la dureza del grafeno, Hone propuso a Technology Review una curiosa analogía. Comparó las pruebas realizadas por él y Kysar con poner una cubierta de plástico sobre una taza de café y medir la fuerza que requeriría pinchar esa cubierta con un lapicero.

Pues bien, según explicó Hone, si en lugar de plástico lo que se pusiera sobre la taza de café fuera una lámina de grafeno, después situáramos encima el lápiz, y en lo alto de éste colocáramos un automóvil que se sostuviera en equilibrio sobre él, la lámina de grafeno ni se inmutaría.

Claro que esto sería muy difícil, no sólo por la dificultad de poner un automóvil sobre un lapicero, sino porque es extremadamente difícil conseguir una muestra de grafeno perfecto al nivel macróscópico de los lapiceros y las tazas de café (“Sólo una muestra minúscula puede ser perfecta y super-resistente”, aseguró Hone); pero la comparación es perfectamente válida porque ésa es proporcionalmente la resistencia del grafeno a nivel microscópico.

Nanoestructuras de carbono

Conviene recordar que se trata de un material obtenido a partir del grafito, con la reseñable particularidad de que aquél consiste sólo en una de las capas que conforman a éste. Es decir, y para ubicarnos en el orden nanométrico al que nos estamos refiriendo: la lámina de grafeno tiene el grosor de “un” átomo; independientemente de las formas y estructuras que pueda adquirir (por ejemplo, los nanotubos, si la lámina se enrolla en forma de cilindo, o las buckyballs –traducidas como fullerenos o como buckybolas–, si la lámina se enrolla en forma de balón), o cuántas de esas capas puedan superponerse o combinarse para sus aplicaciones y usos industriales.

nanotecnologia

Como curiosidad, para obtener las capas individuales de grafeno a partir del grafito (previamente frotado sobre una lámina de silicio) en los laboratorios universitarios se ha venido utilizando el llamado “método del celo”, que consiste en aplicar una “cinta adhesiva” doblada a los dos extremos de la pieza de grafito, y después separándola; y repitiendo el proceso varias veces hasta la obtención de una única capa. Todo ello (cinta adhesiva incluida) a escala nanométrica, claro.

En algunas universidades se viene pagando unos 10 dólares a los becarios por realizar este trabajo. Para su producción industrial se continúan investigando y desarrollando métodos obviamente distintos al “del celo” y, dada la cantidad de nuevas potenciales aplicaciones que día a día se plantean para el grafeno y las extraordinarias propiedades del mismo que una y otra vez se descubren o se confirman, se espera que pronto pueda hacerse a gran escala y bajo coste.

El fin del silicio

La industria de semiconductores –uno de los campos donde el material parece ser más prometedor–, que tiene la intención de construir ordenadores mucho más rápidos que los actuales mediante el desarrollo de microprocesadores con transistores de grafeno, está de enhorabuena con estas últimas pruebas sobre la fortaleza del mismo.

Incluso otra investigación complementaria efectuada en el Instituto de Tecnología de Massachusetts ha comprobado recientemente la multiplicación de señales eléctricas en un chip de grafeno. Sin embargo, los científicos deberán afrontar varios desafíos hasta que estos nuevos chips puedan ser utilizados en productos de consumo masivo.

¿Cuáles son esos desafíos?. Mayormente, el gran costo que supone el grafeno como material, que deberá ser reducido en gran manera para su utilización social. Además, se requiere la optimización del material para poder desarrollar un gran número de transistores en una pequeña capa de grafeno.

Vale destacar que esta investigación, realizada en conjunto por las universidades de Florida y Stanford junto al Lawrence Livermore National Laboratory, fue financiada por la National Science Foundation, la Oficina de Investigación Naval estadounidense, MSD e Intel.

El equipo de investigadores de la Universidad de Stanford dirigido por Hongjie Dai; Jing Guo y Youngki Yoon, por la Universidad de Florida (éste último hoy en la Universidad de California, Berkeley) y Peter Webber del Lawrence Livermore National Laboratory, fueron algunos de los principales investigadores a cargo de este trabajo.

Según sostienen los propios especialistas, el manejo de la química es uno de los principales desafíos para la ingeniería eléctrica, al entrar en contacto con dimensiones tan pequeñas. Es que la nanoescala no es el contexto en el cual habitualmente desarrollan sus actividades los ingenieros, habituados a otro tipo de estructuras.
Fuente http://www.tendencias21.net

Nanotubos de carbono: un viaje de la Física del Estado Sólido al mundo de la nanociencia

Video Universidad Politécnica de Madrid

NANOTECNOLOGIA Y MICROMAQUINAS.

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3 Respuestas a “El material donde vuelan los electrones

  1. Cual es el proposito de vida; la evolucion intelectual del hombre…que ciertamente es parte temporal de los tiempos, y ella esta implicitamente ligada a su propia creatividad. Hemos nacido…para desarrollarnos respetando ciertos lineamiento de conductas, orientados a interrelacionarnos entre seres vivientes para dar lo mejor que tenemos segun el genero…nuevos descubrimientos en la Ciencia y la Tecnologia…nos han permitido acercarnos un poco mas a la creacion…de los tiempos… saludos para todos udes. Raul Delongaro Paredes – San Fernando VI- Region Chile

  2. La actual crisis economica y social que afecta al mundo.!! son las ambiciones desmesuradas de aquellos, que todo lo ven con los ojos de la codicia…sustentada en antivalores que evidencian el egoismo que se cayo como un castillo de naipes; Ahora el hombre busca reparar el daño causado…que talves podra demorar unos cuantos años, la elocuencia de un efimero exito debera ser una leccion de humanidad y mejores dias en armonia y justicia social para todos quienes de una u otra manera han sufrido los rigores de la desigualdad y la exclusion, dar paso a la sabiduria…de hombres buenos que socialmente pueden contribuir con su aporte, para que las nuevas generaciones puedan caminar con la logica de la verdad…creando nuevas instancias de progreso para ese nuevo mundo por construir. Raul Delongaro Paredes – San Fernando VI Region – Chile

  3. Pingback: Científicos europeos ofrecen una mirada reveladora sobre los dispositivos superconductores nanométricos

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