Un paso más en el camino del Silicio al Grafeno

Los científicos han hecho un gran avance en la creación de nanocircuitos de grafeno mediante un novedoso procedimiento que consiste en un único y sencillo paso basado en una técnica que se conoce como Nanolitografía Termoquímica (TCNL). Este proceso, que  permite la creación de nanocables, manipula las propiedades electrónicas del óxido de grafeno (en una reducción a escala nanométrica) logrando que el material sea capaz de conmutar sus propiedades pasando de ser un material aislante a comportarse como un material conductor y viceversa. El grafeno ha sido ampliamente considerado como el candidato más prometedor para sustituir al silicio como elemento fundamental en la futura construcción de transistores.

La técnica funciona con múltiples formas de grafeno y está lista para convertirse en un hallazgo importante para el desarrollo y la aplicación del grafeno dentro de la industria electrónica. Los científicos que trabajan con nanocircuitos están entusiasmados porque los electrones de grafeno encuentran menos resistencia cuando se desplazan por este material en comparación con los semiconductores de silicio. Esta enorme ventaja se suma a que por estos días las construcciones de silicio son tan pequeñas como las leyes de la física lo permiten, mientras que el grafeno puede alcanzar un espesor ultra delgado ya que puede estar construido mediante una lámina de carbono de un solo átomo de espesor.

Si bien la utilización del grafeno en la nanoelectrónica podría ofrecer mayores velocidades de transmisión de datos con un menor consumo de energía respecto a los semiconductores de silicio, nadie sabía hasta ahora cómo producir nanoestructuras de grafeno sobre un método reproducible o escalable. "Hemos demostrado que aplicando calor controlado (130°C) en áreas concretas de un material aislante como es el óxido de grafeno (tanto los pequeños trozos como en algunas variedades de construcción epitaxial con tamaños ubicados dentro de los niveles atómicos) hemos construido nanocables con dimensiones hasta 12 nanómetros. Incluso podemos ajustar sus propiedades electrónicas hasta hacerlo cuatro veces más conductor. Además, otro detalle alentador es que durante todo el procedimiento no hemos visto ninguna señal de desgaste de las puntas o muestras de desgarro o ruptura en los conductores", dijo Elisa Riedo, profesora adjunta en la Escuela de Física en el Instituto de Tecnología de Georgia.

En estructuras consideradas dentro de una macroescala, la conductividad del óxido de grafeno se puede cambiar logrando una transformación desde un material aislante hacia un material conductor mediante el uso de hornos de gran tamaño. Ahora, el equipo de investigación utilizó TCNL para aumentar la temperatura del óxido de grafeno en sus trabajos a nanoescala, de modo tal que pueden “dibujar” nanocircuitos con grafeno a 130°C, temperatura en que el material se vuelve conductor. "Lo maravilloso y bello de todo esto es que hemos ideado una técnica sencilla, robusta y reproducible que nos permite demostrar el cambio de aislante a conductor en un nanocable. Estas propiedades son el sello de una tecnología productiva", dijo Paul Sheehan, director de la Surface Nanoscience and Sensor Technology Section at the Naval Research Laboratory in Washington, DC.

El equipo de investigación hizo ensayos con dos tipos de óxido de grafeno: uno construido con carburo de silicio y el otro con polvo de grafito."Creo que hay tres cosas acerca de este estudio que hacen que se destaque", dijo William P. King, profesor asociado del departamento de Mecánica y Ciencias de Ingeniería de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "En primer lugar, es que todo el proceso ocurre en un solo paso. Transformas óxido de grafeno aislante en un material electrónicamente funcional mediante la simple aplicación de un nano-calentador. En segundo lugar, pensamos que cualquier tipo de grafeno se comporta de esta forma y, en tercer lugar, la escritura, deposición o dibujo es una técnica extremadamente rápida. Estas nanoestructuras pueden ser sintetizadas en una tasa tan alta que el enfoque podría ser muy útil para los ingenieros que deseen estudiar cómo diseñar nanocircuitos en un futuro muy cercano".

"Este proyecto es un excelente ejemplo de las nuevas tecnologías de construcción epitaxial que el grafeno permite explorar en la industria electrónica", dijo Walt de Heer, Regente del Profesorado en la Georgia Tech’s School of Physics y el ideólogo del “grafeno epitaxial” en la electrónica. Su estudio llevó a la creación hace dos años atrás del Materials Research Science and Engineering Centre. Además sostiene que “la simple conversión de óxido de grafeno a partir de grafeno estándar es un método importante y rápido para producir cables conductores. Este método puede ser utilizado no sólo para dispositivos electrónicos flexibles, sino que además, en algún momento del futuro, los cables de grafeno podrán adquirir una bio-compatibilidad aceptable y podrían ser utilizados para medir señales eléctricas de células biológicas individuales."