Científicos chinos y estadounidenses crean el primer semiconductor de grafeno del mundo en una hazaña que podría transformar chips de computadora

Esta hazaña largamente esquiva podría ahora estar cerca de la realidad, según nanocientíficos de la Universidad de Tianjin de China y el Instituto de Tecnología de Georgia, cuyos hallazgos fueron publicados en la revista Nature el miércoles.

Los medios estatales chinos elogiaron la hazaña como un paso trascendental para el uso de grafeno en la fabricación de chips.

“Esta investigación no sólo ha mantenido la notable estabilidad del grafeno, sino que también ha introducido nuevas características electrónicas, despejando el camino para los chips basados ​​en grafeno”, dijo el viernes el Science and Technology Daily, con sede en Beijing, en un informe.

El estudio fue dirigido por los profesores Ma Lei de la Universidad de Tianjin y Walt de Heer del Georgia Tech. Ambos se han centrado en la electrónica del grafeno y otros materiales bidimensionales desde que crearon el Centro Internacional de Nanopartículas y Nanosistemas de Tianjin en la Universidad de Tianjin en 2018.

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Conocido como el primer material bidimensional estable a temperatura ambiente, la estructura electrónica distintiva del grafeno también significa que tiene cero “banda prohibida”, lo que significa que no hay diferencia de energía cuando los electrones en los semiconductores saltan entre bandas de baja y alta energía. La falta de esta brecha natural obstaculiza las capacidades semiconductoras del grafeno, haciéndolo menos adecuado para dispositivos electrónicos.

Superar este desafío sin perder las propiedades intrínsecas del grafeno es un paso clave hacia su uso práctico en electrónica, dijo Ma a China Business Network.

“La razón por la que se valora nuestra investigación es que realmente puede hacer que la electrónica de grafeno sea práctica en el futuro y eliminar el mayor obstáculo”.

El nuevo método crea una capa especial sobre el grafeno que genera el espacio necesario para los electrones y les permite moverse muy rápidamente, mucho más rápido que en el silicio y materiales similares.

Este es un gran paso adelante para el uso del grafeno en dispositivos electrónicos, dándole las propiedades adecuadas para funcionar bien como semiconductor.

Para lograr este avance, Ma y su equipo utilizaron un método llamado recocido de cuasi equilibrio, que implica calentar y enfriar cuidadosamente un material para modificar su estructura.

El proceso comienza calentando un sustrato de carburo de silicio en un horno y luego manteniéndolo a varias temperaturas durante períodos específicos. Esto da como resultado la formación de superficies lisas y planas, ideales para agregar una capa conocida como “epigrafeno”.

La capa es crucial ya que introduce una brecha electrónica necesaria, lo que hace que el grafeno sea adecuado para dispositivos electrónicos.

También garantiza que el grafeno sea duradero y fácil de trabajar, lo que resulta prometedor para su aplicación comercial generalizada en dispositivos electrónicos.

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“No sólo abre nuevos caminos para dispositivos electrónicos de alto rendimiento más allá de la tecnología tradicional basada en silicio, sino que también inyecta nueva energía a la industria de los semiconductores”, dice un informe en el sitio web de la Universidad de Tianjin.

“La aparición de los semiconductores de grafeno es oportuna y presagia una transformación fundamental en la electrónica. Esta innovación satisface la creciente demanda de velocidades informáticas más altas y dispositivos electrónicos integrados miniaturizados”.

En cuanto a la aplicación práctica de los semiconductores de grafeno, Ma dijo que el material podría ser competitivo en costos en comparación con los materiales semiconductores actualmente en el mercado, al tiempo que ofrece un rendimiento superior.

Sin embargo, es probable que el viaje sea largo. Ma estimó que podrían pasar otros 10 a 15 años para lograr plenamente la implementación industrial de los semiconductores de grafeno.