La conductividad del grafeno bajo las condiciones existentes en un chip

Se ha demostrado que la conductividad del grafeno disminuye significativamente cuando está presente más de una capa.

El grafeno es una gran promesa para el desarrollo de dispositivos y equipamientos de tamaño nanométrico. Consiste en una sola capa de átomos de carbono colocados en una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel.

Hay muchas esperanzas depositadas en el grafeno como material estrella para el sector de la electrónica. Pero su funcionamiento en las condiciones reales imperantes en un chip no había sido explorado, hasta ahora.

La conductividad del grafeno es muy buena, en teoría. Pero los electrones no están solos en el material. Hay impurezas y, todavía más importante, hay vibraciones procedentes de los átomos del material. Los electrones se topan con esas vibraciones e interactúan con ellas, y eso puede afectar a la conductividad del material.

El equipo del físico Marco Buongiorno-Nardelli y el ingeniero en electrónica y computación Ki Wook Kim, ambos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, desarrollaron, con la ayuda de Kostya Borysenko y Jeff Mullen, un modelo digital con el que han predicho de manera razonablemente fiable la conductividad del grafeno en condiciones reales, tanto en una sola capa como en forma de doble capa, integrada por dos capas de grafeno, una sobre la otra.

Es importante estudiar al modelo de doble capa porque los dispositivos electrónicos de uso práctico no pueden funcionar con sólo una única capa del material. El material conductor debe tener un modo de conectarse y desconectarse, y el grafeno de doble capa proporciona tal capacidad.

Con la ayuda de supercomputadoras de los Laboratorios Nacionales estadounidenses de Oak Ridge en el estado de Carolina del Norte, el equipo ha descubierto lo suficiente como para poder dar buenas y malas noticias sobre el grafeno.


Con una sola capa de grafeno, la movilidad, y por consiguiente la conductividad, mostradas por las simulaciones, resultaron ser muy superiores a lo estimado originalmente. Sin embargo, esta buena noticia queda contrarrestada por la mala noticia referente a los resultados del grafeno de doble capa...

Los investigadores ya esperaban que la conductividad de los electrones en el grafeno de doble capa sería un poco peor.

Pero resulta que la movilidad de los electrones en el grafeno de doble capa es aproximadamente un orden de magnitud más baja que en el grafeno de una sola capa.

La reducción es sustancial, aunque afortunadamente aún es una conductividad mejor que la de muchos semiconductores convencionales.

Y, de todas formas, el equipo de Buongiorno-Nardelli ya está trabajando en una posible estrategia para mejorar la conductividad del grafeno de dos capas.