Crean el primer semiconductor funcional de grafeno del mundo

Esta tecnología permitirá dispositivos más pequeños y rápidos y podría tener aplicaciones clave para la computación cuántica.

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Walter de Heer, del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech) en Estados Unidos, y Jian Zhao, del Centro Internacional de Nanopartículas y Nanosistemas de Tianjín, dependiente de la Universidad de Tianjín en China.

El grafeno es una lámina de átomos de carbono unidos por los enlaces más fuertes conocidos. Los semiconductores, materiales que conducen la electricidad en determinadas condiciones, son componentes fundamentales de los dispositivos electrónicos. El avance del equipo abre la puerta a una nueva forma de hacer electrónica.

Su descubrimiento llega en un momento en que el silicio, el material del que están hechos casi todos los aparatos electrónicos modernos, está llegando a su límite ante la creciente velocidad de los ordenadores y el menguante tamaño de los dispositivos electrónicos.

El nuevo semiconductor de grafeno es compatible con los métodos convencionales de procesamiento microelectrónico, algo necesario para cualquier alternativa viable al silicio.

De Heer, Zhao y sus colegas han superado el principal obstáculo que ha venido lastrando esa clase de investigación sobre el grafeno durante décadas, y la razón por la que muchos pensaban que la electrónica de grafeno nunca funcionaría. Conocida como "banda prohibida" o "brecha de energía", esta propiedad electrónica crucial permite a los semiconductores activarse y desactivarse. El grafeno no tenía banda prohibida, hasta ahora.

El dispositivo de grafeno formado sobre un sustrato de carburo de silicio. (Foto: Georgia Institute of Technology)

En su forma natural, el grafeno no es ni un semiconductor ni un metal, sino un semimetal. Un semimetal es un material que puede activarse y desactivarse cuando se le aplica un campo eléctrico, que es como funcionan todos los transistores y la electrónica de silicio. La cuestión principal en la investigación de la electrónica del grafeno ha venido siendo que este no tenía la banda prohibida adecuada y no podía activarse y desactivarse del modo deseado.

A lo largo de los años, muchos han intentado solucionar con diversos métodos este viejo problema de la electrónica del grafeno, el de la ausencia en él de la banda prohibida adecuada.

La nueva tecnología consigue dotar al grafeno de algo catalogable como banda prohibida y es un paso crucial para hacer realidad la electrónica basada en el grafeno.

El logro ha sido posible gracias a un método especial con el cual hacer formarse grafeno en obleas de carburo de silicio utilizando hornos especiales. Los investigadores consiguieron producir grafeno epitaxial, que es una sola capa que crece en una cara cristalina del carburo de silicio. El equipo descubrió que, cuando se hacía correctamente, el grafeno epitaxial se unía químicamente al carburo de silicio y empezaba a mostrar propiedades semiconductoras.

El material ha sido cuidadosamente perfeccionado en el Georgia Tech y después también en colaboración con colegas del Centro Internacional de Nanopartículas y Nanosistemas de Tianjín. Ahora, el semiconductor de grafeno ya es funcional.

De Heer, Zhao y sus colegas exponen los detalles técnicos de su semiconductor de grafeno en la revista académica Nature, bajo el título “Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”. (Fuente: NCYT de Amazings)