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Martes, 25 marzo 2014
Física

¿Una nueva electrónica gracias al fenómeno de la conducción balística en el grafeno?

Gracias al grafeno y a una propiedad conocida como transporte balístico o conducción balística, es factible hacer que los electrones se comporten en algunos aspectos como si fuesen fotones, circulando por el grafeno de un modo parecido a como lo hacen los fotones en la fibra óptica. Esto ayuda a evitar la dispersión de electrones, y permite una corriente sin apenas resistencia, parecida a la superconductividad pero a temperatura ambiente. A partir de aquí, podría surgir un nuevo y espectacular campo de la electrónica y la electrotecnia.

Una nueva investigación muestra que la resistencia eléctrica en nanocintas de grafeno epitaxial va cambiando en pasos discretos siguiendo principios de la mecánica cuántica.

Los resultados obtenidos por un equipo del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech), ubicado en la ciudad estadounidense de Atlanta, la Universidad Leibniz de Hanover en Alemania, el CNRS (Centro Nacional francés para la Investigación Científica), y el Laboratorio Nacional estadounidense de Oak Ridge (ORNL) en Tennessee, indican que las nanocintas de grafeno actúan más como guías de ondas ópticas o puntos cuánticos, permitiendo que los electrones fluyan fácilmente por los bordes del material. En conductores ordinarios como el cobre, la resistencia aumenta en función de la longitud debido a que los electrones se encuentran con más y más impurezas mientras se mueven por el conductor.

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Dibujo conceptual de un circuito eléctrico compuesto por nanocintas de grafeno interconectadas (átomos negros) que se forman mediante un proceso epitaxial en escalones grabados en carburo de silicio (átomos amarillos). Los electrones (azules) viajan balísticamente a lo largo de la cinta y luego desde una cinta a otra a través de los contactos de metal. El flujo de electrones es modulado por puertas electroestáticas. (Imagen: Cortesía de John Hankinson)

Las propiedades de la conducción balística, similares a las observadas en nanotubos de carbono cilíndricos, superan a las predicciones teóricas de conductancia para el grafeno en un factor de 10. Estas propiedades se midieron en nanocintas de grafeno de unos 40 nanómetros de ancho, formadas sobre los bordes de estructuras tridimensionales grabadas en obleas de carburo de silicio.

Los resultados obtenidos por el equipo de Walt de Heer, del Georgia Tech, podrían conducir a una revolución en la electrónica y quizá en la electrotecnia en general. Durante casi una década, los investigadores han estado tratando de utilizar las singulares propiedades del grafeno para crear dispositivos electrónicos que funcionen de forma muy similar a como lo hacen los chips de silicio existentes. Pero esos esfuerzos sólo han tenido un éxito limitado porque el grafeno (una retícula de átomos de carbono con un espesor de tan solo 1 átomo) no puede comportarse como un simple sucedáneo del silicio. Una vía más provechosa de usar el grafeno sería, tal como argumenta De Heer, dejar de intentar usar al grafeno como el silicio, y en vez de eso valerse de sus singulares propiedades de transporte de electrones para diseñar nuevos tipos de dispositivos electrónicos que podrían permitir, por ejemplo, una capacidad de computación ultraveloz en ordenadores.

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