El silicio es el material utilizado en chips y microprocesadores. Pero podría tener los días contados si las bondades que el grafeno ha demostrado en los laboratorios se confirman y empiezan a materializarse, puesto que, además, la industria está empezando a llegar a los límites que el silicio impone. Por si fuera poco, la industria tecnológica no es la única en poder sacar partido del grafeno.

El anuncio de la concesion del Premio Nobel de fisica a los cientificos que han sintetizado grafeno supone el espaldarazo definitivo y el punto de arranque de esa tecnologia que hasta ahora sólo se veía como ciencia ficción: la nanotecnología. Los materiales nanométricos en general y el grafeno en particular revolucionaran el modo de vida que ahora conocemos.

Un poquito de teoría…

El descubrimiento de propiedades totalmente diferentes a los materiales utilizados actualmente y las grandes aplicaciones que tienen en muchas esferas de la vida cotidiana los nanomateriales (partículas que tienen un tamaño alrededor de la millonésima parte de un milímetro), han atraído el interés científico de los últimos 20 años para dar lugar a una especialización científica con carta de naturaleza propia: la nanotecnología. Estos materiales pueden ser obtenidos a partir de diferentes compuestos químicos pero el material que ha centrado el mayor interés es el carbono, que es posible encontrarlo en estado sólido, con distintas estructuras molecurales: tridimensionales (el diamante) o monodimensionales, los nanotubos. Y entre todas las posibles combinaciones que se conocen, hay un derivado que se ha sintetizado recientemente y que destaca sobre todos ellos: el grafeno.

Este nuevo material es una estructura nanométrica conformada por átomos de carbono fuertemente enlazados dispuestos en hexágonos que se distribuyen en una superficie plana con ligeras ondulaciones y que tiene un espesor del tamaño de un átomo. Como referencia, un milímetro de grafito está compuesto por 3 millones de capas superpuestas de grafeno. Esta peculiar morfología le confiere unas propiedades electrónicas, mecánicas y químicas excepcionales que pueden variar según las capas superpuestas en las que se puede presentar, aunque la mayoría de estas propiedades son comunes a todas las posibles presentaciones y se pueden definir todas ellas como grafeno.

La superposición de capas puede ser de solo una (monocapa), de dos (bicapa) o varias (multicapa) cuando se apilan tres y hasta un máximo de diez. De estas propiedades, una de las que más asombro causa entre los investigadores es su excelente conductividad eléctrica. Su base, el carbono, es un elemento no metálico y como tal debería ser un mal conductor de la electricidad, como ocurre con otros componentes, también bidimensionales relacionados con el carbono que son, incluso, aislantes, sin ninguna conductividad. Pero las excelentes condiciones que ofrece como soporte de corriente eléctrica le promocionan para ser parte importante de los materiales superconductores, sobre los que se está investigando.

… y una gran aplicación práctica

Igual de curioso resulta que a pesar de su fino grosor y flexibilidad, se plantea como el material más duro que se conoce y hay estudios preliminares que planean que sea el sustituto del kevlar en la fabricación de chalecos antibalas, que podrán confeccionarse mucho más ligeros, reducidos y eficaces que las actuales prendas. Y a pesar de ser un material cristalino, transparente, la elevada densidad con la que se disponen sus átomos lo hacen opacos a la luz. Por algo el carbono, a pesar de ser el material más estudiado sigue siendo el más desconcertante.

Un gran avance para los procesadores

El interés y prisa que hay para obtener grafeno en cantidades suficientes no es sólo debido a sus asombrosas propiedades que pueden aplicarse en diversos campos académicos e industriales. El entusiasmo que ha despertado este material está justificado por las enormes posibilidades que puede tener su aplicación en la tecnología más avanzada y mayor influencia en la cultura y modo de vida de los humanos: la electrónica.

La aplicación del grafeno a esta tecnología la puede revolucionar de manera que hasta hace poco no se podía imaginar. Los transistores, la pieza básica de todos los componentes electrónicos que ahora se utilizan, pueden transformarse radicalmente en cuanto se domine su fabricación con grafeno.

La construcción de transistores con este novedoso material permitirá incrementar drásticamente su velocidad de funcionamiento sin que la cantidad de energía y acumulación de calor resulten problemáticos. Se habla ya de la posibilidad de fabricar chips que pueden ser 1.000 veces más rápidos que los utilizados actualmente. Y es que a pesar de ser carbono, un compuesto no metálico, presenta unas cualidades de conductividad eléctrica que supera a las encontradas en algunos metales, iguales a las del cobre, y se comporta como un semiconductor con un acentuado campo eléctrico ambipolar que posibilita que la carga pueda modularse entre los electrones y huecos de manera continua sobre concentraciones muy elevadas y a temperatura ambiente, constatándose que los electrones pueden ser lanzados rectilíneamente entre sus átomos sin dispersión, sin que se produzca colisión en la corriente de electrones.

Esto abre la puerta a la fabricación de transistores balísticos y que se pueda pensar ya en hacer realidad la “computación cuántica”. Los primeros prototipos de transistores de grafeno no han tenido un buen funcionamiento, precisamente porque los electrones se movían “excesivamente bien”.

Por sus cualidades eléctricas se logrará incrementar la velocidad de funcionamiento de los circuitos hechos con este material, pero también podrá mejorar su potencia gracias a las propiedades y estabilidad de su naturaleza nanométrica.

Elevados niveles de resistencia…

Pero no resulta sólo una excelente materia prima para la fabricación de transistores por sus cualidades de conductor, semiconductor y soporte. Los estudios realizados sobre el material han revelado que se trata de un compuesto de extraordinaria dureza y los experimentos llevados a cabo lo presentan como el material más fuerte ahora conocido. Su estructura con ondulaciones, donde los átomos de carbono se distribuyen fuertemente cohesionados en formación hexagonal, similar a la disposición de las celdillas de un panal de abejas, le confieren una extraordinaria dureza que permitirá mejorar los procesos de fabricación de circuitos integrados.

Actualmente, con la base de silicio, el proceso de estampación de las conexiones eléctricas y otras manipulaciones que se han de realizar sobre los circuitos integrados suponen una tensión de resistencia y calor que no todos los chips logran superar. Ahora, el número de tarjetas desechadas por defectos de fabricación es muy alto. Tanto que hay quien sostiene que la fabricación de un circuito es más una cuestión de suerte que de la calidad de los procesos.

… precios más económicos…

Por su dureza, una vez que el nuevo derivado del grafito se adopte como materia prima de circuitería, forzosamente se mejorará el proceso de fabricación de los chipset y se conseguirán resultados más eficientes que, en consecuencia, repercutirán en una reducci