Allanado el camino para la sustitución del silicio en electrónica

n nuevo avance en el empleo del grafeno para el desarrollo de distintos dispositivos electrónicos se habría concretado gracias a una investigación realizada por ingenieros e investigadores de la Universidad de Rutgers. El principal hallazgo se relaciona con el descubrimiento de nuevas propiedades electrónicas en este revolucionario material.

Las nuevas características halladas en el grafeno eran consideradas hasta el momento como posibles por los especialistas, pero ahora se han obtenido resultados concluyentes en el laboratorio. La novedad es que los electrones pueden interactuar fuertemente entre sí, en un comportamiento similar a la superconductividad que se observa en algunos metales y materiales complejos.

La fuerte interacción entre los electrones, también llamada comportamiento correlacionado, no se había podido comprobar hasta hoy en el grafeno, a pesar de la gran cantidad de intentos desarrollados por los especialistas. La investigación fue publicada en Internet por la revista Nature y por el portal especializado Science Daily, siendo previamente difundida mediante un artículo de prensa de la Universidad de Rutgers.

El trabajo de los expertos de la Universidad de Rutgers, dirigidos por el profesor Eva Andrei, ha demostrado que los fracasos anteriores para observar el comportamiento de correlación entre los electrones en el grafeno no se debía a la naturaleza física del mismo, sino a la interferencia del material de apoyo empleado junto a las muestras de grafeno o al tipo de sondas eléctricas utilizadas para estudiarlo.

¿Se abre un nuevo camino en la aplicación del grafeno?

De acuerdo al equipo de trabajo de Rutgers, estos resultados deberían alentar a ingenieros y científicos a proseguir el desarrollo del grafeno y materiales relacionados para futuras aplicaciones electrónicas, incluida la sustitución del silicio como material base para el desarrollo de semiconductores. Teniendo en cuenta estas propiedades descubiertas en el grafeno, podrían desarrollarse con este material dispositivos electrónicos más rápidos y eficaces.

Como ya se ha indicado en otras recientes investigaciones, y como la mayoría de los expertos de la industria cree, la tecnología basada en el silicio llegaría a los límites de su rendimiento en poco más de una década. Por consiguiente, este descubrimiento sobre las propiedades del grafeno podría ser importante para el avance en materiales complementarios a emplearse en la industria electrónica.

El comportamiento colectivo de los electrones en el grafeno también se ha podido comprobar debido al denominado "efecto Hall cuántico" (FQHE, Fractional Quantum Hall Effect). El FQHE se había observado hasta hoy en semiconductores basados en sistemas electrónicos tridimensionales, donde los electrones son partículas masivas que obedecen a la dinámica convencional, contraria a la dinámica relativista de partículas sin masa.

Sin embargo, no se había comprobado hasta el momento que los electrones ultra-relativistas del grafeno serían capaces de exhibir los fenómenos colectivos que dan lugar al efecto Hall cuántico. Los especialistas de Rutgers se sorprendieron al comprobar que este efecto es aún más importante en el grafeno que en los materiales semiconductores estándar.

Los pasos de la investigación

Entre los distintos descubrimientos que posibilitaron este avance, que podría transformarse en un nuevo e importante paso hacia la fabricación de chips de grafeno, entre otras aplicaciones, el grupo de ingenieros e investigadores de la Universidad de Rutgers halló que las impurezas e irregularidades en la delgada capa de dióxido de silicio que acompañaba al grafeno en los experimentos y pruebas previas estaba impidiendo el logro de las condiciones exactas que necesitaban los especialistas.

Otro paso decisivo fue diseñar y fabricar una sonda eléctrica que no interfiera en los procesos, algo que Andrei y su equipo habían marcado como uno de los principales escollos a superar, teniendo en cuenta que se trataba de una de las razones por las cuales habían fracasado otras investigaciones similares sobre el grafeno.

Estas decisiones y hallazgos fueron las que permitieron observar y demostrar el fenómeno denominado como comportamiento correlacionado en el grafeno. Asimismo, en los últimos meses otras investigaciones académicas y grupos corporativos han avanzado en distintas técnicas de producción del grafeno, algo que impulsará una mayor investigación sobre las potenciales aplicaciones de este material.

Vale destacar que junto a Andrei participaron de esta investigación Xu Du, especialista de la Universidad Stony Brook; Ivan Skachko, post-doctorado de Rutgers; Fabian Duerr, estudiante de maestría, y Adina Luican, estudiante de doctorado de la misma universidad. La investigación fue subvencionada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la National Science Foundation y el Institute for Complex Adaptive Matter and Alcatel-Lucent.