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Físicos acaban de encontrar un resquicio en el grafeno que podría desbloquear una energía limpia e ilimitada
Con todas las medidas, el grafeno no debería existir. El hecho es que se reduce a un claro vacío en la física que ve una lámina 2D imposible, de átomos actuar como un material 3D sólido.
Nuevas investigaciones han profundizado en el ondulamiento del grafeno, descubriendo un fenómeno físico a escala atómica que podría ser explotado como una forma de producir un suministro virtualmente ilimitado de energía limpia.
El equipo de físicos liderado por investigadores de la Universidad de Arkansas (EE.UU.) no se propuso descubrir una nueva forma radical de alimentar dispositivos electrónicos. Su objetivo era mucho más humilde: simplemente observar cómo se mueve el grafeno.
Todos estamos familiarizados con el material negro arenoso a base de carbón llamado grafito, que comúnmente se combina con un material cerámico para hacer la llamada’ mina’ en lápices. Lo que vemos como manchas dejadas por el lápiz son en realidad hojas apiladas de átomos de carbono dispuestas en un patrón de «alambre de gallina». Como estas hojas no están unidas entre sí, se deslizan fácilmente unas sobre otras.
Durante años, los científicos se preguntaron si era posible aislar láminas individuales de grafito, dejando que un plano bidimensional de’ malla metálica’ de carbono permaneciera por sí solo.
En 2004, un par de físicos de la Universidad de Manchester lograron lo imposible, aislando las hojas de un trozo de grafito que era sólo un átomo de grosor. Para existir, el material 2D tenía que ser tramposo de alguna manera, actuando como un material 3D para proporcionar algún nivel de robustez.
Resulta que la «laguna» era el movimiento aleatorio de átomos que saltaban de un lado a otro, dando a la hoja 2D de grafeno una práctica tercera dimensión. En otras palabras, el grafeno era posible porque no era perfectamente plano en absoluto, sino que vibraba a nivel atómico de tal manera que sus enlaces no se desentrañaban espontáneamente.
Para medir con precisión el nivel de esta confusión, el físico Paul Thibado lideró recientemente un equipo de estudiantes graduados en un simple estudio. Pusieron láminas de grafeno a través de una rejilla de cobre de apoyo y observaron los cambios en las posiciones de los átomos usando un microscopio de barrido de túnel.
Mientras que podían registrar el balanceo de los átomos en el grafeno, los números no encajaban realmente en ningún modelo esperado. No pudieron reproducir los datos que estaban recopilando de un ensayo a otro. «Los estudiantes sentían que no íbamos a aprender nada útil», dice Thibado,»pero me preguntaba si estábamos haciendo una pregunta demasiado simple».
Thibado impulsó el experimento en una dirección diferente, buscando un patrón cambiando la forma en que miraban los datos. «Separamos cada imagen en subimágenes», dice Thibado. «Mirando los promedios a gran escala se ocultaron los diferentes patrones. Cada región de una sola imagen, cuando se veía en el tiempo, producía un patrón más significativo.»
El equipo rápidamente descubrió que las hojas de grafeno se doblaban de una manera no muy diferente a como se doblaban hacia adelante y hacia atrás de una pieza doblada de metal delgado mientras se retorcía por los lados.
Los patrones de pequeñas fluctuaciones aleatorias que se combinan para formar cambios repentinos y dramáticos se conocen como vuelos de Lévy. Si bien han sido observados en sistemas complejos de biología y clima, esta fue la primera vez que fueron vistos a escala atómica.
Al medir la velocidad y escala de estas ondas de grafeno, Thibado pensó que podría ser posible utilizarlas como fuente de energía a temperatura ambiente. Mientras la temperatura del grafeno permitiera que los átomos se movieran incómodamente, continuaría ondulando y doblándose.
Coloque los electrodos a cada lado de las secciones de este grafeno pandeo, y usted tendría un pequeño cambio de voltaje.
Según los cálculos de Thibado, un solo trozo de grafeno de diez micrones por diez micrones podría producir diez microwatios de potencia. Puede que no suene impresionante, pero dado que podría caber más de 20000 de estos cuadrados en la cabeza de un alfiler, una pequeña cantidad de grafeno a temperatura ambiente podría, posiblemente, alimentar algo pequeño como un reloj de pulsera indefinidamente. Mejor aún, podría alimentar bioimplantes que no necesiten baterías incómodas.
Por muy emocionantes que sean, estas aplicaciones todavía necesitan ser investigadas. Afortunadamente Thibado ya está trabajando con científicos del Laboratorio Naval de Investigación de los Estados Unidos para ver si el concepto tiene potencial.
Para una molécula imposible, el grafeno se ha convertido en algo así como un material maravilloso que ha girado la física en su cabeza.
Ya está siendo promocionado como un bloque de construcción para futuros conductores. Tal vez también veamos que también va a impulsar el futuro de un nuevo campo de dispositivos electrónicos.
Esta investigación fue publicada en Physical Review Letters.
Material inteligente basado en grafeno
Un papel fabricado con óxido de grafeno cambia de forma ante distintos estímulos (puede incluso “caminar” por una superficie lisa e incluso girar) y podría ser la puerta a nuevos dispositivos inteligentes. Al exponer el material a luz o cuando se calienta ligeramente este material activo se pliega y permite desarrollar sistemas flexibles que cambian de forma. Se cree que podría ser usado en ropa inteligente capaz de cambiar de forma (y de estilo) como respuesta a la temperatura corporal, o a los cambios ambientales. También podría permitir desarrollar paneles solares que se orienten hacia la posición del Sol. O incluso músculos artificiales para robots, sensores capaces de activar dispositivos de seguridad, etc.
El artículo es Jiuke Mu et al., “Origami-inspired active graphene-based paper for programmable instant self-folding walking devices,” Science Advances 01: e1500533, 06 Nov 2015, doi: 10.1126/sciadv.1500533.
Más información divulgativa en César Tomé (Próxima), “Un material inteligente cargado de ideas,” Next, Voz Pópuli, 11 Nov 2015; Mª Victoria S. Nadal, “Un papel de grafeno se mueve y camina solo gracias a la luz y al calor,” Materia, El País, 12 Nov 2015; Sarah Romero, “Mini robots origami hechos con papel de grafeno,” Muy Interesante, 12 Nov 2015.
Ampliar en: La Ciencia de la Mula Francis
Grafeno para crear piel artificial en robótica
Científicos de la Universidad de Exeter han descubierto un nuevo método para producir grafeno más barato y fácilmente.
El grafeno es un material formado por el elemento químico carbono (elemento del grupo IV de la tabla periódica, como el silicio y el germanio), puro sin ningún añadido, sus átomos están dispuestos formando un patrón regular con estructura hexagonal, es similar al grafito (otro compuesto de carbono), pero con una estructura de láminas de un átomo de espesor. Una de sus características más destacadas es que es muy ligero, por ejemplo una lámina de un metro cuadrado tiene una masa de tan sólo 0,77 miligramos. A su vez es 200 veces más fuerte que el acero y su densidad es semejante a la de la fibra de carbono, y comparado con el acero es cinco veces más ligero.
Artículo completo en: Blasting.news
Impresión 3D de aerogeles para almacenar energía
Investigadores del Laboratorio Lawrence National Livermore han desarrollado micro retículos de aerogel de grafeno con una arquitectura diseñada utilizando una técnica de impresión 3D, conocida como escritura directa de tinta. Los aerogeles asi impresos permitirán un mejor almacenamiento de energía, sensores, nanoelectrónica, catálisis y separaciones.
Los aerogeles de grafeno impresos en 3D tienen una gran área superficial, excelente conductividad eléctrica, son ligeros, tienen rigidez mecánica y muestran supercompresibilidad (hasta el 90 por ciento de deformación en compresión). Además, los micro retículos de aerogel de grafeno muestran un orden de magnitud de mejora en comparación con otro materiales de grafeno y mucho mejor transporte de masa.
Un aerogel es un material sintético poroso, ultraligero derivado de un gel, en la que el componente líquido del gel ha sido reemplazado con un gas.
Los intentos anteriores de creación de aerogeles de grafeno producían una estructura de poros en gran medida al azar, con exclusión de la capacidad de adaptar para aplicaciones específicas el transporte y otras propiedades mecánicas del material tales como separaciones, baterías de flujo y sensores de presión.
«Hacer los aerogeles de grafeno con macroarquitecturas a medida para aplicaciones específicas con un método de montaje controlable y escalable sigue siendo un reto importante que hemos sido capaces de abordar», dijo el ingeniero Marcus Worsley, coautor del trabajo. «La impresión 3D hace posible diseñar de forma inteligente la estructura de poros del aerogel, permitiendo el control de transporte de masa (los aerogeles típicamente requieren gradientes de alta presión para conducir el transporte de masa a través de ellos debido a la pequeña y tortuosa estructura de poros) y la optimización de las propiedades físicas, tales como la rigidez . Este desarrollo debe abrir el espacio de diseño para el uso de los aerogeles en aplicaciones novedosas y creativas».
Durante el proceso, las tintas de óxido de grafeno (GO) se preparan combinando una suspensión acuosa de GO y silicio para formar una tinta homogénea, altamente viscosa. Las tintas GO se cargan en un cilindro y se extruyen a través de una microboquilla dando lugar al patrón de estructuras 3D.
Fuente: EE Times europe
Nuevo material poroso en láminas, con comportamiento similar al grafeno
Un material eléctricamente conductor, con capas que se asemejan al grafeno (láminas de grafito), se sintetizó en condiciones suaves utilizando una molécula bien conocida, que permite un buen acoplamiento electrónico de iones de níquel y materiales orgánicos. El nuevo material poroso presenta una alta conductividad eléctrica como material, que es potencialmente modulable y tiene una dependencia de la temperatura inusual, lo que sugiere una nueva física.
El nuevo material poroso es un sólido cristalino, estructuralmente conductor eléctrico modulable con elevada área superficial;tales materiales son buscados para aplicaciones en el almacenamiento de energía y para la investigación de la física fundamental de materiales en capas bidimensionales.
Las estructuras metal-orgánico (MOF) son materiales híbridos orgánico-inorgánico que tradicionalmente han sido estudiados para almacenamiento de gas o aplicaciones de separación debido a su gran área superficial. Lograr buenos conductores eléctricos a partir de estos materiales aislantes, normalmente ha sido un desafío, como conductores intrínsecos altamente porosos podrían ser utilizados para una variedad de aplicaciones, incluyendo el almacenamiento de energía. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Harvard han demostrado que la combinación de una molécula orgánica, 2,3,6,7,10,11-hexaiminotrifenileno (abreviado como HITP), con iones de níquel en solución acuosa de amoníaco y aire, origina el automontaje de un polvo negro poroso altamente conductor, Ni3 (HITP)2. El nuevo material se compone de pilas de hojas de dos dimensiones infinitas, que se asemejan al grafito, con una conductividad eléctrica a temperatura ambiente de ~ 40 S/cm.
La conductividad de este material es comparable a la de grafito y entre las más altas de las MOF conductoras reportados hasta la fecha. Además, la dependencia de la temperatura de la conductividad muestra una relación lineal entre 100 K y 500 K, lo que sugiere un mecanismo de transporte de carga inusual que no ha sido observado anteriormente en semiconductores orgánicos, y por lo tanto queda por investigar. En su forma original, el material podría ser utilizado para supercondensadores y aplicaciones de electrocatálisis. Tras la exfoliación, es decir, despegando las capas sucesivas, se espera que el material se comporte como un análogo de grafeno con banda prohibida modulable y propiedades electromagnéticas, sugiriendo nuevos usos y propiedades cuánticas exóticas en la física de estado sólido.
Fuente:»High electrical conductivity in Ni3(2,3,6,7,10,11-hexaiminotriphenylene)2, a semiconducting metal-organic graphene analogue,» Journal of the American Chemical Society 136, 8859–8862, 2014. DOI: 10.1021/ja502765n
Futuro prometedor del grafeno en dispositivos de espintrónica
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han descubierto que una superficie grande de grafeno es capaz de preservar el espín electrónico durante un período prolongado, y comunicarlo a mayores distancias que antes se habían conocido. Esto ha abierto la puerta para el desarrollo de la espintrónica, con el objetivo de fabricar memorias más rápidas de alta eficiencia energética los procesadores de las ordenadores. Los resultados serán publicados en la revista Nature Communications .
«Creemos que estos resultados atraerán mucha atención en la comunidad de investigación y pondrán el grafeno en el mapa de aplicaciones en componentes de espintrónica«, dice Dash Saroj, que lidera el grupo de investigación de la Universidad Tecnológica Chalmers.
La espintrónica se basa en el estado cuántico de los electrones, y la tecnología ya está siendo utilizad en discos duros avanzados para el almacenamiento de datos y acceso a memoria magnética aleatoria. Pero en estos caso la información basada en el espín sólo necesita moverse unos pocos nanómetros, o millonésimas de milímetro. ¿Qué es una suerte, porque el espín es una propiedad de electrones que en la mayoría de los materiales es muy efímera y frágil.
Sin embargo, existen grandes ventajas en la explotación del espín como un portador de información, en lugar de, o además de las cargas eléctricas. La espintrónica podrían lograr procesadores significativamente más rápidos y con menos consumo de energía que en la actualidad.
El grafeno es un candidato prometedor para ampliar el uso de la espintrónica en la industria electrónica. La película fina de carbono no sólo es un excelente conductor eléctrico, sino también tiene teóricamente la rara habilidad de mantener los electrones con el espín intacto.
«En futuros componentes basados ??en el espín, se espera que los electrones sean capaces de viajar varias decenas de micrómetros con sus espines alineados. Metales, tales como aluminio o cobre, no tienen la capacidad de manejar esto. Grafeno parece ser el único material posible en este momento«, dice Saroj Dash.
Hoy en día, el grafeno se produce comercialmente por unas pocas empresas que utilizan una serie de métodos diferentes, todos los cuales se encuentran en una fase temprana de desarrollo.
En pocas palabras, se podría decir que el grafeno de alta calidad solo se puede obtener en trozos muy pequeños, mientras que las grandes superficies de grafeno se producen de forma que la calidad es demasiado baja o tiene otros inconvenientes desde el punto de vista de la industria electrónica.
Pero esa suposición general está siendo seriamente cuestionada por los resultados presentados por el grupo de investigación de Chalmers. Han llevado a cabo sus experimentos utilizando grafeno CVD, que se produce a través de deposición de vapor químico. El método da al grafeno muchas arrugas, aspereza y otros defectos.
Pero también tiene ventajas: Hay buenas perspectivas para la producción de grandes superficies de a escala industrial. El grafeno CVD también se puede quitar fácilmente de la lámina de cobre sobre la que crece y se levanta sobre una oblea de silicio, que es el material estándar de la industria de los semiconductores.
Aunque la calidad del material está lejos de ser perfecta, el grupo de investigación muestra los parámetros de espín que son hasta seis veces más altos que los reportados previamente para el grafeno CVD sobre un sustrato similar. «Nuestras mediciones muestran que la señal de espín se conserva en los canales de grafeno que son de hasta 16 micrómetros de largo. La duración durante el cual los espines permanecen alineados se ha medido y es más de un nanosegundo«, dice Chalmers, quien es el primer autor del artículo .
«Esto es prometedor«, ya que sugiere que los parámetros del espín se pueden mejorar aún más a medida que desarrollamos el método de fabricación.
Los investigadores se están centrando en qué medida la corriente de espín se puede comunicar, por ejemplo en un nuevo material o el reemplazo de metales o semiconductores con grafeno. El objetivo, más bien es una forma completamente nueva de realizar operaciones lógicas y almacenamiento de información. Un concepto que, de tener éxito, llevaría la tecnología digital un paso más allá de la actual dependencia de los semiconductores.
«El grafeno es un buen conductor y no tiene huecos de la banda. Pero en espintrónica no hay necesidad de intervalos de banda para cambiar entre encendido y apagado, uno y cero. Esto es controlado por las orientaciones arriba o abajo de los espines de los de electrones«, Saroj Dash explica.
Un objetivo a corto plazo ahora es construir un componente lógico que, no sea muy diferente de un transistor, y se componga de grafeno y materiales magnéticos.
La espintrónica eventualmente pueden reemplazar completamente la tecnología de semiconductores, es una cuestión abierta, aún falta gran cantidad de investigación. Pero el grafeno, con sus excelentes habilidades de conducción de espín, es altamente probable que cuentan en este contexto.
Fuente:M. Venkata Kamalakar, Christiaan Groenveld, André Dankert, Saroj P. Dash. Long distance spin communication in chemical vapour deposited graphene. Nature Communications, 2015; 6: 6766 DOI: 10.1038/ncomms7766
Nuevo transistor basado en siliceno, equivalente al grafeno
Hace unos cuantos años, el siliceno, primo cercano del grafeno, sólo existía en los sueños de los teóricos. Actualmente ya se han producido láminas de siliceno en el laboratorio. Incluso se ha utilizado recientemente para el diseño de transistores. Investigadores de la Universidad de Texas (Austin, EE.UU.) y del Instituto de Microelectrónica y Microsistemas de Agrate Brianza (Italia) acaban de presentar el primer transistor construido a partir de láminas de siliceno. Su rendimiento es modesto y su vida no supera unos pocos minutos.
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Verificación de la pureza de grafeno mediante ondas a frecuencia de terahercios
El grafeno puede ser difícil de manejar. El entorno que rodea al material de espesor de un átomo de carbono puede influir en su rendimiento electrónico, según los investigadores de las universidades de Rice y Osaka, que han logrado con una forma sencilla de detectar contaminantes.
Porque es muy fácil de introducir accidentalmente impurezas en el grafeno, los laboratorios liderados por los físicos Junichiro Kono de Rice (EE.UU.) y Masayoshi Tonouchi del Instituto de Ingeniería Láser de Osaka (Japón) descubrieron una forma de detectar e identificar moléculas contaminantes en su superficie, mediante espectroscopia a frecuencia de terahercios.
Esperan que el hallazgo sea importante para los fabricantes que consideren en el futuro el uso de grafeno en los dispositivos electrónicos.
La investigación fue publicada esta semana en línea en la revista Nature Scientific Reports. Esto fue posible por el programa NanoJapan basado en Rice, a través del cual los estudiantes universitarios estadounidenses realizan pasantías de investigación de verano en laboratorios japoneses.
Incluso una sola molécula de una sustancia extraña puede contaminar el grafeno lo suficiente para afectar a sus propiedades eléctricas y ópticas, dijo Kono. Por desgracia (y tal vez irónicamente), se incluyen los contactos eléctricos.
«Tradicionalmente, con el fin de medir la conductividad de un material, hay que adjuntar los contactos y luego hacer mediciones eléctricas», dijo Kono, cuyo laboratorio se especializa en la investigación a frecuencias de terahercios. «Sin embargo, nuestro método es sin contacto.»
Eso es posible porque el compuesto fosfuro de indio emite ondas de terahercios cuando se excita. Los investigadores lo utilizaron como sustrato para el grafeno. Lanzaron contra el material pulsos de femtosegundos de un láser infrarrojo, lo que hizo que el fosfuro de indio emitiera señales de terahercios de retorno a través del grafeno. Las imperfecciones tan pequeños como una molécula de oxígeno parásita en el grafeno fueron captadas por un espectrómetro.
«El cambio en la señal de terahercios debido a la adsorción de moléculas es notable», dijo Kono. «No sólo la intensidad, sino también la forma de onda de la radiación de terahercios emitida totalmente y de forma dinámica cambia en respuesta a la adsorción y desorción molecular. El siguiente paso es explorar la sensibilidad última de esta técnica única para la detección de gas.»
La técnica puede medir tanto la ubicación de la contaminación de las moléculas y los cambios en el tiempo. «El láser elimina gradualmente las moléculas de oxígeno del grafeno, cambiando su densidad, y eso lo podemos ver», afirmó Kono.
El experimento consistió en el crecimiento de grafeno prístino través de la deposición de vapor químico y su transferencia a un sustrato de fosfuro de indio. Los pulsos láser generan estallidos coherentes de radiación terahecios a través del campo eléctrico de la superficie del sustrato fosfuro de indio, que cambia debido a la transferencia de carga entre el grafeno y las moléculas contaminantes. La onda de terahercios, cuando se visualiza, refleja el cambio.
Los resultados experimentales son una advertencia para los fabricantes de productos electrónicos. «Para cualquier dispositivo futuro diseñado usando grafeno, tenemos que tener en cuenta la influencia de los alrededores», dijo Kono. El grafeno en un vacío o intercalado entre capas no contaminantes probablemente sería estable, pero la exposición al aire lo contamina, afirmó.
Los laboratorios de Rice y Osaka continúan colaborando en un proyecto para medir la conductividad del grafeno a terahercios en varios sustratos.
Los autores del artículo incluyen a la alumna de Rice Mika Tabata, quien condujo la investigación como participante NanoJapan 2012 en el laboratorio Tonouchi, y el estudiante graduado Minjie Wang; los profesores asociados Iwao Kawayama y Hironaru Murakami y los estudiantes de posgrado Yuki Sano y Khandoker Abu Salek de Osaka; y Robert Vajtai, un compañero de profesores de alto nivel, y Pulickel Ajayan, el Benjamin M. y Mary Anderson Greenwood profesor en Ingeniería, profesor de ciencia de los materiales y la nanoingeniería y química, y presidente del Departamento de Ciencia de los Materiales y NanoIngeniería, todos en Rice.
La National Science Foundation (NSF); la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia; el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón y la Fundación Murata Ciencia apoyaron la investigación. NanoJapan es financiado por las asociaciones de la NSF para la Investigación Internacional y el programa de Educación.
Fuente: Y. Sano, I. Kawayama, M. Tabata, K. A. Salek, H. Murakami, M. Wang, R. Vajtai, P. M. Ajayan, J. Kono, M. Tonouchi. Imaging molecular adsorption and desorption dynamics on graphene using terahertz emission spectroscopy. Scientific Reports, 2014; 4 DOI: 10.1038/srep06046
Discos basados en grafeno
Investigadores de Swinburne University of Technology han demostrado el potencial de un nuevo material para lograr el almacenamiento óptico de la información de forma segura.
En su más reciente artículo de investigación publicado en Scientific Reports, los investigadores Xiangping Li Qiming Zhang, Xi Chen y el profesor Min Gu demostraron el potencial para registrar codificación holográfica en un óxido de grafeno compuesto de polímero.
«Tradicionalmente, la información se registra como datos binarios en un disco. Si el disco se rompe, la información no se puede recuperar», afirmó el Director del Centro de Micro-Fotónica de Swinburne, el profesor Min Gu. «Este es un importante costo de operación de los centros de datos grandes, que se componen de miles de conjuntos de discos con múltiples copias físicas de los datos El nuevo material permite el desarrollo de super-discos, lo que permitirá a la información ser recuperada, incluso de piezas dañadas.»
El óxido de grafeno es similar al grafeno, descubierto por Andre Geim y Konstantin Novoselov, que recibieron el Premio Nobel 2010 de Física por este descubrimiento revolucionario. El grafeno es muy fuerte, ligero, flexible, casi transparente, y es un excelente conductor del calor y electricidad. El óxido de grafeno tiene propiedades similares, pero también presenta una propiedad fluorescente fundamental que se puede utilizar en bioimagen y para la grabación óptica multimodo.
Al enfocar pulsos ultracortos de un haz láser en el polímero de óxido de grafeno, los investigadores crearon un aumento 10-100 veces en el índice de refracción del óxido de grafeno junto con una disminución en su fluorescencia. (El índice de refracción es la medida de la desviación de la luz a medida que pasa a través de un medio.)
«El hecho único de la modulación del índice de refracción gigante, junto a la propiedad de fluorescencia del polímero de óxido de grafeno ofrecen un nuevo mecanismo para la grabación óptica multimodo», dijo el profesor Gu.
Para demostrar la viabilidad de este mecanismo, los investigadores codificaron la imagen de un canguro en un holograma generado por ordenador. Después, el holograma se representa como una grabación en tres dimensiones para el polímero de óxido de grafeno. Los patrones codificados en el holograma no podían ser vistos como una imagen de microscopio normal, pero se pudo recuperar en el modo de difracción.
«El índice de refracción gigante de este material se muestra prometedor para la fusión de almacenamiento de datos con la holografía de para la codificación segura», dijo el profesor Gu.
«Esta característica interesante no sólo aumenta el nivel de seguridad de almacenamiento, sino que también ayuda a reducir los costos de operación de los centros de datos grandes que dependen de múltiples copias físicas para evitar la pérdida de datos».
Los investigadores afirman que también podría revolucionar la televisión de pantalla plana y tecnología de células solares. «Más importante aún, el grafeno se ha considerado como un reemplazo revolucionario para el silicio, que es la plataforma de tecnologías de la información actuales basados en la electrónica», dijo el Dr. Xiangping Li.
«El índice de refracción gigante descubrimos muestra la promesa del grafeno para fusionar la electrónica y la fotónica para la plataforma de la próxima generación de tecnologías de la información. »
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Fotónica: El grafeno permite detectores de luz en un chip
Transistor de una monocapa molecular apto para ordenadores
Los componentes electrónicos construidos a partir de moléculas individuales utilizando síntesis química podría allanar el camino para dispositivos electrónicos, más «verdes» y sostenibles y más rápidos. Ahora, por primera vez, se ha elaborado un transistor de una sola monocapa molecular para trabajar donde realmente cuenta, en un chip de ordenador.
El circuito integrado molecular fue creado por un grupo de químicos y físicos del Chemistry Nano-Science Center de la Universidad de Copenhague y de la Academia de Ciencias de China, Beijing. El descubrimiento acaba de ser publicado en línea en la revista científica Advanced Materials. El descubrimiento fue posible gracias a un uso innovador del grafeno material bidimensional de carbono.
Primer paso hacia un circuito molecular integrado
Kasper Nørgaard es profesor asociado de química en la Universidad de Copenhague. Él cree que la primera ventaja del chip de grafeno del nuevo desarrollo será la de facilitar la prueba de los próximos componentes electrónicos moleculares. Pero también es seguro, que representa un primer paso hacia circuitos integrados moleculares adecuados. «El grafeno tiene algunas propiedades muy interesantes, que no puede ser igualada por ningún otro material. Lo que hemos demostrado por primera vez es que es posible integrar un componente funcional en un chip de grafeno. Sinceramente, siento que esto es noticia de primera plana «, dice Nørgaard.
Ver a través del emparedado central para funcionar
El chip de ordenador molecular es una especie de sándwich construido con una capa de oro, una de los componentes moleculares y otra extremadamente delgada de grafeno, un material de carbono. El transistor molecular en el emparedado se enciende con la utilización de un impulso de luz que para una de las propiedades peculiares del grafeno es altamente útil. A pesar de que el grafeno es de carbono, es casi completamente transparente.
Ambientalmente importante, estratégicamente vitales
La búsqueda de transistores, cables, contactos y otros componentes electrónicos que se fabrican a partir de moléculas individuales ha tenido a los investigadores trabajando día y noche. A diferencia de los componentes tradicionales que se espera que no requieran metales pesados y elementos de tierras raras. Así deberían ser más baratos, así como menos perjudiciales para la tierra, el agua y los animales. Por desgracia, ha sido terriblemente difícil poner a prueba lo bien que estas moléculas funcionales trabajan.
La suerte
Anteriormente, la prueba de los componentes microscópicos tenía a los investigadores con un método comparable a una lotería. Para comprobar si una molécula de nuevo cuño conduciría o no una corriente, tenían que tirar prácticamente moléculas entre dos cables con corriente, con la esperanza de que al menos una molécula hubiera aterrizado de manera que cerrara el circuito.
El método de lotería suplantado por la colocación de precisión
Utilizando los nuevos chips de grafeno los investigadores ahora pueden colocar sus moléculas con gran precisión. Esto hace que sea más rápido y más fácil probar la funcionalidad de cables moleculares, contactos y diodos de modo que se sabe si los químicos tienen que volver a sus vasos para desarrollar nuevas moléculas funcionales, explica Nørgaard.
«Hemos hecho un diseño, que va a mantener muchos tipos diferentes de moléculas», dice, y continúa: «Debido a que el andamio grafeno está más cerca del diseño real de chips, hace que sea más fácil probar los componentes, pero por supuesto que es también un paso en el camino de hacer un circuito integrado real utilizando componentes moleculares. Además, no debemos perder de vista el hecho de que los componentes moleculares tienen que terminar en un circuito integrado, si van a ser de alguna utilidad en la vida real «.
El trabajo ha sido financiado por el Danish Chinese Center for Molecular Nano-Electronics y por la Danish National Research Foundation, European Union 7th framework for research (7PM) y por la Fundación Lundbeck.
Referencia:
Tao Li, Martyn Jevric, Jonas R. Hauptmann, Rune Hviid, Zhongming Wei, Rui Wang, Nini E. A. Reeler, Erling Thyrhaug, Søren Petersen, Jakob A. S. Meyer, Nicolas Bovet, Tom Vosch, Jesper Nygård, Xiaohui Qiu, Wenping Hu, Yunqi Liu, Gemma C. Solomon, Henrik G. Kjaergaard, Thomas Bjørnholm, Mogens Brøndsted Nielsen, Bo W. Laursen, Kasper Nørgaard. Ultrathin Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Top-Contacts for Light Switchable Solid-State Molecular Junctions. Advanced Materials, 2013; DOI: 10.1002/adma.201300607
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