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Computación

Nanomaterial Nuevo de Carbono

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Un simple truco químico transforma el grafeno en un compuesto con propiedades electrónicas diferentes

  • por Prachi Patel | traducido por Rubén Oscar Diéguez
  • 30 Enero, 2009

El grafeno, una capa individual de átomos de carbono dispuestos en una estructura semejante a un panal de abejas levantó interés mundial debido a sus propiedades electrónicas atractivas. Ahora, al agregarle hidrógeno al grafeno, los investigadores en la University of Manchester, R.U., han creado un material nuevo que puede resultar útil para almacenar hidrógeno y futuros circuitos integrados basados en carbono. Por su lado, el grafeno es muy conductor, y el material nuevo, llamado grafano, es un aislante. Los investigadores pueden transformarlo nuevamente en grafeno conductor al calentarlo a gran temperatura.

Andre Geim, quien dirigió la investigación y fue el primero en descubrir el nanomaterial en 2004 junto a Kostya Novoselov, dice que los hallazgos sugieren que el grafeno podría utilizarse como base para crear compuestos completamente nuevos. El grafano, un compuesto hidrogenado, ya estaba previsto, pero nadie había intentado crearlo. “lo importante es que puedes crear otro compuesto con el grafeno y puedes modificarlo químicamente para obtener lo que quieras con mucha facilidad”, dice Geim.

Agregarle hidrógeno al grafeno es sólo una posibilidad. Usar otros químicos podría producir materiales con propiedades todavía más atractivas, tal como un semiconductor. “La hidrogenación tal vez no sea el fin de la exploración; tal vez sea sólo el principio”, dice Yu-Ming Lin, un investigador de nanotecnología en el IBM Thomas J. Watson research Center, en Yorkstown Heights, NY.

Los últimos hallazgos son un paso hacia los circuitos integrados prácticos basados en carbono, que podrían usarse para los procesadores lógicos, ultrarrápidos de bajo consumo del futuro. Los hallazgos también permiten la perspectiva de utilizar el grafeno para almacenar hidrógeno en las pilas de combustible. “El grafeno es la superficie ideal porque no es voluminosa, tiene sólo dos caras”, dice Geim. Esta área de superficie grande puede usarse de material de almacenamiento de alta densidad.

Según lo describe Science, los investigadores hacen grafano al exponer fragmentos de grafeno a plasma de hidrógeno, una mezcla de iones y electrones de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno se unen a cada átomo de carbono del grafeno y se crea un compuesto nuevo. Al calentar la pieza a 450 ºC, durante 24 horas, se la vuelve a su estado original. Geim dice que los investigadores no esperaban crear una sustancia nueva tan fácilmente.

Una de las promesas del grafeno para la electrónica es que puede transportar electrones muy rápidamente. Los transistores hechos de grafeno funcionan cientos de veces más rápido que los transistores actuales de silicio y consumen menos energía. Los investigadores están logrando progreso respecto de transistores de radio frecuencia ultra alta. Pero combinar los transistores a los circuitos es un desafío porque el grafeno no es un semiconductor ideal como el silicio. Los transistores de silicio pueden encenderse y apagarse entre dos estados diferentes de conductividad. El grafeno, sin embargo, sigue conduciendo electrones aún cuando está apagado. Los circuitos hechos con esos transistores serían disfuncionales y gastarían mucha energía.

Una manera de mejorar la proporción encendido-apagado de los transistores de grafeno es ponerlos a la par con los de silicio al cortar la lámina de carbono en tiritas finas de menos de 10 nanómetros de ancho. Pero hacer cintas de buena calidad constante es difícil.

Alterar el material químicamente, puede ser una manera más fácil de modificar sus propiedades electrónicas y obtener las propiedades que buscan, dice Geim. Y eso significa que los investigadores podrían fabricar circuitos de grafeno con transistores a nanoescala que sean más pequeños y más rápidos que los de silicio. “Imaginen una oblea hecha íntegramente con grafeno, que es altamente conductivo”, dice él. “Puedes modificar lugares específicos de la oblea para que sea semiconductora y  poner transistores en esos lugares”. Las áreas entre los transistores se pueden transformar en grafano aislante, a fin de aislar los transistores entre sí.

El trabajo nuevo es sólo un primer paso preliminar. Los investigadores todavía necesitan probar las propiedades electrónicas y mecánicas del grafano integralmente. Tal vez se necesite de mucho más manipuleo químico para convertir al material en un semiconductor decente.

Además, los investigadores del grafeno encaran un gran desafío antes de poder crear algo práctico: inventar un modo para crear cantidades suficientes de trozos grandes de material de buena calidad. “Para muchas aplicaciones, uno necesita cantidades importantes de material, y eso todavía queda por demostrarse en el grafeno o el grafano”, dice Hannes Schniepp, que estudia al grafeno en la College of William and Mary.

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