Los investigadores están progresando en la creación de transistores digitales utilizando un material llamado grafeno, potencialmente eludiendo un obstáculo que se cree que limita drásticamente el uso del material en computadoras y electrónica de consumo.

El grafeno es una capa de carbono de un átomo de espesor que conduce la electricidad con poca resistencia o generación de calor. Después de su descubrimiento en 2004, que ganó un Premio Nobel de Física, se promocionó como un posible reemplazo del silicio. posiblemente conduciendo a dispositivos ultrarrápidos con circuitos simplificados que podrían ser menos costosos de fabricar.

Sin embargo, El brillo del grafeno se ha atenuado en los últimos años para las aplicaciones digitales, ya que los investigadores han descubierto que no tiene "band gap, "un rasgo que se necesita para encender y apagar, que es fundamental para los transistores digitales.

"El hecho de que el grafeno sea un material sin banda prohibida por naturaleza ha planteado muchas preguntas en términos de su utilidad para aplicaciones digitales, ", dijo el estudiante de doctorado de Purdue, Hong-Yan Chen.

Los electrones en semiconductores como el silicio existen en dos niveles de energía, conocidas como bandas de valencia y conducción. La brecha de energía entre estos dos niveles se denomina banda prohibida. Tener la banda prohibida adecuada permite que los transistores se enciendan y apaguen, que permite a los circuitos digitales almacenar información en código binario que consta de secuencias de unos y ceros.

Chen ha dirigido un equipo de investigadores en la creación de un nuevo tipo de inversor de grafeno, un componente fundamental de los transistores digitales. Otros investigadores han creado inversores de grafeno, pero tuvieron que ser operados a 77 grados Kelvin, que es menos 196 grados Celsius (menos 320 grados Fahrenheit).

"Si el grafeno pudiera usarse en aplicaciones digitales, eso seria realmente importante, "dijo Chen, que trabaja con Joerg Appenzeller, profesor de ingeniería eléctrica e informática y director científico de nanoelectrónica en el Centro de Nanotecnología Birck de Purdue.

Los investigadores de Purdue son los primeros en crear inversores de grafeno que funcionan a temperatura ambiente y tienen una ganancia mayor que uno. un requisito básico para la electrónica digital que permite a los transistores amplificar señales y controlar su conmutación de 0 a 1.

Los hallazgos se detallaron en un documento, "Inversores de grafeno de tipo complementario que funcionan a temperatura ambiente, "presentado en junio durante la Conferencia de Investigación de Dispositivos 2011 en Santa Bárbara, Calif.

Hasta ahora, los transistores de grafeno han sido prácticos solo para aplicaciones especializadas, como amplificadores para teléfonos móviles y sistemas militares. Sin embargo, Los nuevos inversores representan un paso hacia el aprendizaje de cómo utilizar el material para crear transistores de grafeno para aplicaciones digitales más amplias que incluyen computadoras y electrónica de consumo.

Para crear dispositivos electrónicos, el silicio está impregnado de impurezas para cambiar sus propiedades semiconductoras. Tal "dopaje" no es fácilmente aplicable al grafeno. Sin embargo, los investigadores han resuelto potencialmente este problema desarrollando "dopaje electrostático, "lo que hace posible que los inversores de grafeno imiten las características de los inversores de silicio.

El dopaje electrostático se induce a través del campo eléctrico entre puertas metálicas, que se encuentran a 40 nanómetros de los canales de grafeno. El dopaje se puede alterar variando el voltaje, permitiendo a los investigadores probar niveles de dopaje específicos.

"Esto nos permitirá encontrar el punto óptimo para operar el dispositivo, "Dijo Chen.

Se necesitará más trabajo para integrar el prototipo en un circuito de grafeno funcional para aplicaciones digitales.