Podrías pensar que un nuevo 'material maravilloso' estaría fuera de tu experiencia diaria, pero el grafeno es la excepción. Cuando escribes o dibujas con un lápiz, el grafito (la "mina" del lápiz) se desliza en capas delgadas para dejar un rastro:la línea en el papel. La capacidad del carbono para formar una capa delgada de moléculas es lo que hace que el grafeno sea especial, y los científicos están comenzando a explorar las posibilidades de la electrónica y la computación de las redes de carbono que tienen solo una molécula de espesor.
La industria de los semiconductores es la base de la economía de alta tecnología actual, apoyando directamente a más de 100, 000 puestos de trabajo en Europa, e indirectamente aún más. Esto se ha logrado mediante la miniaturización continua en la tecnología de 'semiconductores de óxido de metal complementario' (CMOS), a base de silicio. Pero este modelo solo durará 10 o 15 años más.
El principal desafío para la industria de las TIC es encontrar alternativas para el procesamiento y almacenamiento de información más allá de los límites de los CMOS existentes. Hay buenos indicios de que el grafeno es un candidato principal para los componentes "Más allá de CMOS", y es, a pesar de su carácter revolucionario, complementario a las tecnologías CMOS convencionales.
El grafeno ha sido objeto de una explosión científica desde los experimentos pioneros en este nuevo material hace menos de 10 años. reconocido por el Premio Nobel de Física en 2010 otorgado al profesor Andre Geim y al profesor Kostya Novoselov, en la Universidad de Manchester. Las notables propiedades eléctricas del grafeno pueden superar los límites físicos que enfrenta el silicio a medida que los transistores se encogen a tamaños cada vez más pequeños, proporcionando soluciones para la era "Más allá de CMOS". necesario para hacer frente a los desafíos de la competencia mundial.
Reuniendo múltiples disciplinas y abordando la investigación en una amplia gama de temas, desde la comprensión fundamental de las propiedades de los materiales hasta la producción de grafeno, El buque insignia GRAPHENE se lanzó en octubre de 2013. La investigación propuesta incluye electrónica, espintrónica, fotónica, plasmónicos y mecánicos, todos basados en grafeno.
Dirigido por el profesor Jari Kinaret, de la Universidad Chalmers de Suecia, el buque insignia involucra a más de 126 grupos de investigación académicos e industriales en 17 países europeos, con 136 investigadores principales, incluidos cuatro premios Nobel. Con un presupuesto inicial a 30 meses de 54 millones de euros, el consorcio GRAPHENE crecerá para incluir otros 20-30 grupos a través de una convocatoria abierta para propuestas de proyectos en noviembre, por un valor total de 9 millones de euros.
'La producción de grafeno es obviamente fundamental para nuestro proyecto, 'dijo el profesor Kinaret en el lanzamiento, pero las aplicaciones clave que se deben considerar incluyen dispositivos electrónicos y ópticos rápidos, electrónica flexible, componentes ligeros funcionales y baterías avanzadas. Ejemplos de nuevos productos habilitados por tecnologías de grafeno incluyen rápido, electrónica de consumo flexible y fuerte, como papel electrónico y dispositivos de comunicación personal flexibles, así como aviones más ligeros y energéticamente más eficientes. A largo plazo, Se espera que el grafeno dé lugar a nuevos paradigmas computacionales y aplicaciones médicas revolucionarias. como las retinas artificiales.
Zarpando:el grafeno como buque insignia de FET
Descrito por la vicepresidenta de la Comisión Europea, Neelie Kroes, como una 'empresa atrevida', los buques insignia de las 'Tecnologías futuras y emergentes' (FET) son visionarios, Gran escala, iniciativas de investigación impulsadas por la ciencia que abordan desafíos científicos y tecnológicos en todas las disciplinas científicas. Estos nuevos instrumentos en la financiación de la investigación de la UE fomentan los esfuerzos coordinados entre la UE y los programas nacionales y regionales de sus Estados miembros. son muy ambiciosos, y depender de la cooperación entre una variedad de disciplinas, comunidades y programas, que requieren apoyo hasta por 10 años. Tras la fase de puesta en marcha, hasta marzo de 2016 en el marco del actual `` Séptimo Programa Marco '' de investigación (7PM) de la UE, el trabajo continuará en el próximo programa, 'Horizonte 2020', con unos 50 millones de euros anuales previstos para el proyecto insignia.
El grafeno fue elegido como buque insignia tras una competición entre seis proyectos piloto para investigar las áreas con mayor potencial de inversión sostenida. Como ha dicho la Sra. Kroes:“La posición de Europa como superpotencia del conocimiento depende de pensar lo impensable y explotar las mejores ideas. Esta competición multimillonaria premia los avances científicos locales y demuestra que cuando somos ambiciosos podemos desarrollar la mejor investigación en Europa ”.
El piloto insignia de grafeno, el proyecto GRAPHENE-CA, analizó cómo los desarrollos en este material a base de carbono podrían revolucionar las TIC y la industria. El proyecto piloto estableció una hoja de ruta científica y tecnológica integral que sirva de base para la agenda de investigación del buque insignia GRAPHENE, que abarca la electrónica, espintrónica, fotónica, plasmónica y mecánica, y áreas de apoyo como la producción de grafeno y la química. Y esta fue la base sobre la que se seleccionó.
Ahora el buque insignia está en funcionamiento, ya cuenta con un equipo de investigación de alcance vertiginoso. Hay universidades de Lovaina en Bélgica, Aalto en Finlandia, Lille y Estrasburgo en Francia, Bremen, Chemnitz, Dresde y Hamburgo en Alemania, Ioannina en Grecia, Dublín en Irlanda, Trieste en Italia, Minho en Portugal, Barcelona y Castilla-La Mancha en España, Basilea, Ginebra y Zurich en Suiza, Delft y Groningen en los Países Bajos, y Cambridge, Manchester y Oxford en el Reino Unido. Estos se complementan con politécnicos e institutos de tecnología de Austria, Dinamarca, Francia, Alemania, Grecia, Italia, Polonia, España, Suecia y Suiza. Además, hay socios industriales como Nokia, Thales, Alcatel Lucent, Tecnología Philips, Airbus y ST Microelectronics. Y esta lista representa solo una parte de las organizaciones participantes.
Su misión es tomar grafeno, y materiales en capas relacionados, de los laboratorios académicos a la sociedad, revolucionando múltiples industrias y creando crecimiento económico y nuevos puestos de trabajo en Europa.
'La Comisión, y todos los socios académicos e industriales de Graphene Flagship, están todos juntos en esto. Es un compromiso inusualmente a largo plazo, y habrá desafíos, seamos claros sobre eso, dijo Carl-Christian Buhr, miembro del Gabinete de la Sra. Kroes. “Necesitamos incorporar la industria de tal manera que las ideas se adopten y conduzcan a nuevos productos y mercados. Esa es toda la idea del buque insignia.
En efecto, incluye un conjunto integral de actividades complementarias para lograrlo, tal como:
Un tipo de proyecto ERA-NET, BANDERA-ERA, apoyar al buque insignia en la coordinación de iniciativas nacionales de investigación sobre grafeno.
Primeros resultados
Algunas de las investigaciones sobre grafeno financiadas anteriormente por la UE ya están dando resultados. El proyecto GRAND (4), que finalizó en diciembre de 2010, analizó si el grafeno seguiría funcionando de maravilla cuando se integrara con el proceso CMOS de silicio.
Dirigido por AMO en Alemania, El equipo del proyecto se propuso evaluar si el grafeno realmente podría llevar la tecnología de semiconductores convencional a la era "Más allá de CMOS". El consorcio GRAND desarrolló formas de fabricar nanoestructuras de grafeno bidimensionales (con anchos de solo 5 nm de ancho) para su uso en componentes electrónicos. Era importante demostrar que no solo podían funcionar esos componentes, pero que podrían fabricarse de una manera que pudiera ampliarse a cantidades industriales.
Como resultado, el equipo diseñó un nuevo tipo de transistor, con el concepto publicado en la reconocida revista Letras de física aplicada - que podría abrir nuevas rutas para dispositivos optoelectrónicos y electrónicos de alta velocidad basados en grafeno.
Como parte del proyecto GRAND, El grafeno también se ha integrado en un dispositivo de memoria no volátil que podría reducirse a tamaños moleculares:una memoria de grafeno que mide solo 1x1 nm y que retiene la información almacenada en él incluso cuando se apaga la energía. El equipo fabricó más de 10 de estos dispositivos, lo que indica su escalabilidad.
Dirigido por la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, El proyecto CONCEPTGRAPHENE se propuso desbloquear el potencial de depositar una capa delgada de grafeno sobre una base de carburo de silicio (SiC), con el objetivo de desarrollar electrónica escalable con aplicaciones potenciales en 'espintrónica' y dispositivos de medición ultraprecisos. El equipo trabajó en la fabricación de obleas de grafeno a gran escala que permitirían fabricar dispositivos electrónicos de alta densidad en una sola oblea de silicio. Este tipo de tecnología será necesaria para la fabricación industrial a gran escala de componentes y dispositivos basados en grafeno de una manera que sea compatible con las técnicas actuales de la industria.
Habiendo terminado en septiembre de 2013, el proyecto puso en marcha una empresa de nueva creación que producirá obleas de grafeno. Graphensic AB se encuentra en Linköping, Suecia. La empresa es una escisión de la Universidad de Linköping y produce productos de alta calidad, altamente uniforme, grafeno sobre carburo de silicio (SiC) utilizando un 'proceso de grafeno de alta temperatura' patentado, un método de crecimiento que produce una fina capa de grafeno, incluso una sola capa de átomos, en SiC.
Más de donde vino eso
Pero el grafeno no es el único material innovador que podría transformar la electrónica:el proyecto 2D-NANOLATTICES, finalizando en mayo de 2014, está trabajando en otras estructuras de celosía molecular similares al grafito basadas en diferentes elementos. Estas 'nanoredes' también tienen un gran potencial para allanar el camino hacia y más poderoso, dispositivos nanoelectrónicos. En particular, 'silicene' (o 'germanene'), el silicio o germanio equivalente del grafeno, si existen, puede ofrecer una mejor compatibilidad con el procesamiento de silicio.
Liderado por el Centro Nacional de Investigaciones Científicas 'Demokritos', en Grecia, the project team aims to find ways to induce and stabilise the silicon and germanium and prove for the first time that silicene has a physical existence. By producing alternating layers weakly bonded between one another, each consisting of a single layer of atoms, this new material could serve as the elements of gates and other components in new, miniaturised 2D semiconductors.
Perhaps we are still in the early stages, but these look to be the first steps in a transformation of the way electronics devices are made - and in their abilities - with the potential to similarly transform the European high-tech industry and economy.
