Por primera vez, un grupo de investigadores ha demostrado una forma de construir transistores de grafeno con alto contenido en electrones, un tipo de material de construcción electrónico que resultaría crucial para la fabricación de circuitos ultra rápidos y diminutos.

El grafeno se forma a partir de una serie de átomos de carbono unidos entre sí como si estuvieran rodeados por una alambrada de dimensiones nanométricas; el material resultante, del grosor de un átomo, tiene unas propiedades electrónicas que hacen que resulte prometedor para su uso en los futuros dispositivos electrónicos. Aunque los investigadores no han fabricado ningún circuito de grafeno hasta la fecha, han podido demostrar un modo de controlar la cantidad de moléculas con alto contenido en electrones que se añaden al grafeno para fabricar los denominados transistores de tipo n, que son un componente electrónico de importancia crucial.

Para poder elaborar un circuito complejo, y según explica Hongjie Dai, profesor de química en la Universidad de Stanford y director del proyecto, los ingenieros necesitan transistores que por un lado tengan un alto contenido en electrones (tipo n) y que por otro tengan un contenido bajo (tipo p). Con anterioridad, lo investigadores sólo habían sido capaces de hacer demostraciones de transistores de grafeno de tipo p, que son más fáciles de fabricar que los transistores de tipo n porque los átomos de oxígeno se unen a los bordes de las cintas de grafeno y producen “agujeros,” o contrapartidas de carga positiva para los electrones. Gracias a la combinación de transistores de grafeno de tipo n y p, será posible construir circuitos más complejos, afirma Dai. Su equipo colaboró con el grupo de Jin Guo en la Univesidad de Florida y con Peter Weber en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore para desarrollar los transistores de grafeno de tipo n. Este trabajo aparece en el último número de Science.

El grupo de Dai se encuentra a la cabeza de la mayor parte de los trabajos con grafeno más punteros del momento. El año pasado, hicieron una demostración de las primeras nanocintas de grafeno—tiras de grafeno con anchos que van desde los 10 a los 150 nanómetros; también mostraron cómo crear transistores de tipo p con estas nanocintas. Y en un estudio publicado en Nature el mes pasado, Dai demostró un método para la producción en masa de las nanocintas de grafeno.

Para fabricar el grafeno de tipo n, Dai explica que los investigadores expusieron a un grupo de nanocintas, depositadas sobre una oblea de silicio y dióxido de silicio, a amoniaco y a altas temperaturas. “Descubrimos que si estas nanocintas se calientan en amoniaco, realmente somos capaces de introducir nitrógeno dentro de las cintas, y el nitrógeno aporta electrones al grafeno.”

Aunque parece un truco sencillo, Dai señala que de alguna forma este proceso produjo resultados inesperados. “Lo que resulta interesante es que no hayamos ningún tipo de reducción en la movilidad de los electrones,” afirma. Esto significa que los electrones eran capaces de desplazarse por el grafeno a la misma velocidad que antes, lo cual resulta de gran importancia puesto que la movilidad de los electrones hace que el grafeno sea un material muy atractivo para la construcción de aparatos electrónicos en el futuro.

Dai sospecha que la razón de todo esto reside en el hecho de que los bordes de las cintas de grafeno tienen mayor tendencia a unirse a los átomos de nitrógeno que a los átomos dentro de la cinta. Esta observación es de gran importancia, señala: coincide con la teoría desarrollada por sus colegas de la Universidad de Florida, entre los que se incluyen Youngki Yoon y Jing Guo, que afirma que las cintas de grafeno se pueden estimular—o alterar químicamente, como en el caso de los transistores de tipo n y t—mediante la unión de átomos a sus bordes, dado que las cintas en si son extremadamente estrechas. Esto debería facilitar la construcción de aparatos electrónicos puesto que controlar la estimulación de los átomos dentro de las hojas de grafeno resulta un reto mayor.

Dai afirma que los nuevos resultados sirven como base para el mejor entendimiento de la química de las cintas de grafeno, y para la experimentación con átomos que puedan usarse para la estimulación del grafeno. Aún así, afirma que los investigadores tienen un largo camino por recorrer antes de poder producir circuitos de grafeno que puedan competir con los de silicio. Uno de los problemas principales, es que aún no es posible fabricar las cintas de forma completamente uniforme—algo que resulta un requerimiento para el proceso de manufacturación estándar.