En un artículo publicado esta semana en Ciencias , un equipo de Manchester dirigido por los premios Nobel, el profesor Andre Geim y el profesor Konstantin Novoselov, ha abierto literalmente una tercera dimensión en la investigación del grafeno. Su investigación muestra un transistor que puede resultar el eslabón perdido para que el grafeno se convierta en el próximo silicio.

El grafeno, un plano atómico de carbono, es un material notable con infinitas propiedades únicas, de electrónico a químico y de óptico a mecánico.

Una de las muchas aplicaciones potenciales del grafeno es su uso como material básico para chips de computadora en lugar de silicio. Este potencial ha llamado la atención de los principales fabricantes de chips, incluyendo IBM, Samsung, Texas Instruments e Intel. Varios grupos en todo el mundo ya han demostrado transistores individuales con frecuencias muy altas (hasta 300 GHz).

Desafortunadamente, esos transistores no se pueden empaquetar densamente en un chip de computadora porque pierden demasiada corriente, incluso en el estado más aislante del grafeno. Esta corriente eléctrica haría que los chips se derritieran en una fracción de segundo.

Este problema ha existido desde 2004, cuando los investigadores de Manchester informaron sobre sus hallazgos de grafeno ganadores del Nobel y, a pesar de un gran esfuerzo mundial para resolverlo desde entonces, hasta ahora no se ha ofrecido una solución real.

Los científicos de la Universidad de Manchester ahora sugieren usar grafeno no lateralmente (en plano), como hicieron todos los estudios anteriores, sino en dirección vertical. Usaron grafeno como un electrodo desde el cual los electrones atravesaban un dieléctrico hacia otro metal. Esto se llama diodo tunelizador.

Luego explotaron una característica verdaderamente única del grafeno:que un voltaje externo puede cambiar fuertemente la energía de los electrones tunelizados. Como resultado, obtuvieron un nuevo tipo de dispositivo:un transistor de efecto túnel de efecto de campo vertical en el que el grafeno es un ingrediente crítico.

Dr. Leonid Ponomarenko, quien encabezó el esfuerzo experimental, dijo:"Hemos demostrado un enfoque conceptualmente nuevo para la electrónica de grafeno. Nuestros transistores ya funcionan bastante bien. Creo que se pueden mejorar mucho más, reducido a tamaños nanométricos y funcionan a frecuencias sub-THz ".

"Es una nueva perspectiva para la investigación del grafeno y las posibilidades de que la electrónica basada en grafeno nunca se hayan visto mejor que ahora", añade el profesor Novoselov.

El grafeno por sí solo no sería suficiente para lograr el gran avance. Afortunadamente, hay muchos otros materiales, que tienen un solo átomo o una molécula de espesor, y fueron utilizados como ayuda.

El equipo de Manchester hizo los transistores combinando grafeno junto con planos atómicos de nitruro de boro y disulfuro de molibdeno. Los transistores se ensamblaron capa por capa en una secuencia deseada, como un pastel de capas pero a escala atómica.

Tales superestructuras de torta de capas no existen en la naturaleza. Es un concepto completamente nuevo introducido en el informe por los investigadores de Manchester. El ensamblaje a escala atómica ofrece muchos grados nuevos de funcionalidad, sin algunos de los cuales el transistor de efecto túnel sería imposible.

"El transistor demostrado es importante, pero el concepto de ensamblaje de capa atómica es probablemente aún más importante, ", explica el profesor Geim. El profesor Novoselov añadió:" El transistor de túnel es solo un ejemplo de la colección inagotable de estructuras en capas y dispositivos novedosos que ahora pueden crearse mediante dicho ensamblaje.

"Realmente ofrece infinitas oportunidades tanto para la física fundamental como para las aplicaciones. Otros posibles ejemplos incluyen diodos de emisión de luz, dispositivos fotovoltaicos, etcétera."