China y EEUU han aparcado sus diferencias y se han dado la mano para conseguir algo inédito: el primer semiconductor de grafeno

La capacidad científica de China y EEUU está fuera de toda duda. De hecho, el origen de la tensión que sostienen estas dos superpotencias reside en la rivalidad que mantienen en prácticamente todos los frentes estratégicos, como son su desarrollo militar, económico o técnico. En la coyuntura actual en la que un día sí y otro también tropezamos con nuevas sanciones y declaraciones cruzadas que no disimulan lo más mínimo su agresividad resulta sorprendente que estos países puedan darse la mano. Pero sí, pueden. Y lo han hecho.

Además, lo más sorprendente es que EEUU y China están trabajando juntas en uno de los ámbitos en el que parecen tener posturas irreconciliables: el de los semiconductores. Para entender qué tienen entre manos y qué pinta aquí el grafeno nos interesa repasar brevemente cuál es el papel del silicio en el ámbito de los circuitos integrados. Este elemento químico es el rey de los semiconductores desde que en los años 60 destronó al germanio y se afianzó como el semiconductor con más potencial y el más utilizado por la industria de la electrónica.

Aun así, el silicio no es perfecto. Poco a poco y a medida que los procesos fotolitográficos se han ido desarrollando nos hemos ido acercando a su límite físico, por lo que es crucial encontrar nuevos materiales que puedan ocupar su lugar. Los científicos llevan en ello muchos años, y están coqueteando con algunos candidatos extraordinariamente prometedores. Uno de ellos es el arseniuro de galio (GaAs), y otro el arseniuro de boro cúbico (c-BAs), que, precisamente, es el candidato que propone el MIT. Pero, sorprendentemente, el grafeno acaba de abrirse paso entre ellos a codazos.

El grafeno acaba de abrir de par en par una puerta que puede revolucionar la electrónica

Las dos instituciones que han trabajado juntas para encontrar la manera de fabricar los primeros semiconductores de grafeno son la Universidad de Tianjin, en China, y el Instituto de Tecnología de Georgia, en EEUU. Como os he anticipado en las primeras líneas de este artículo en las circunstancias actuales resulta sorprendente, y también alentador, que estos dos países mantengan su colaboración en determinadas áreas de la investigación científica. El grafeno se postula como un candidato a reemplazar al silicio desde hace casi dos décadas, pero este hito lo ha colocado en la primera línea de la parrilla de salida.

Antes de indagar en las propiedades que hacen al grafeno tan atractivo para fabricar semiconductores nos interesa repasar algunos conceptos básicos. Un semiconductor es un elemento o un compuesto que bajo ciertas condiciones de presión, temperatura, o al ser expuesto a la radiación o a un campo electromagnético, se comporta como un conductor, y, por tanto, ofrece poca resistencia al movimiento de las cargas eléctricas.

Sin embargo, cuando se encuentra en otras condiciones diferentes se comporta como un aislante. Y, por tanto, en este último estado ofrece una gran resistencia al desplazamiento de las cargas eléctricas. En los elementos con capacidad de conducción eléctrica algunos de los electrones de sus átomos, conocidos como electrones libres, pueden pasar de un átomo a otro cuando aplicamos una diferencia de potencial en los extremos del conductor.

Precisamente, esta capacidad de desplazamiento de los electrones es lo que conocemos como corriente eléctrica, y todos sabemos de forma intuitiva que los metales son buenos conductores de la electricidad. Curiosamente, lo son porque tienen muchos electrones libres que pueden desplazarse de un átomo a otro y, así, consiguen transportar la carga eléctrica. Otra propiedad de los semiconductores en la que merece la pena que indaguemos brevemente, pero en la que no hace falta que profundicemos debido a que es relativamente compleja, es la movilidad de sus huecos de electrón.

Reflejan la ausencia de un electrón cuando este abandona su átomo original, y, como podemos intuir, también contribuyen al paso de la corriente eléctrica en los semiconductores. Una de las razones por las que el epigrafeno semiconductor, que es como estos científicos chinos y estadounidenses han llamado al material que han creado, es tan atractivo se debe a que la movilidad de sus electrones es diez veces superior a la del silicio a temperatura ambiental, y hasta veinte veces superior a la que nos proponen otros semiconductores bidimensionales. No pinta pero que nada mal.

En el artículo que han publicado en Nature estos investigadores explican con todo lujo de detalles las propiedades fisicoquímicas del epigrafeno (merece la pena leerlo si os sentís cómodos con la física de materiales), y reconocen que su logro aunque tiene mucho potencial por el momento es tan solo un primer paso. Aun así, Walt A. de Heer, que es el líder de esta investigación, asegura que "no sabemos dónde acabará, pero lo que sí sabemos es que estamos abriendo la puerta a un cambio de paradigma en el ámbito de la electrónica. El grafeno es el siguiente paso". Ojalá lo sea. Ojalá su investigación fructifique y por fin tengamos una alternativa real a nuestro adorado silicio. Ya veremos.

Imagen de portada: Casa Rosada | Palácio do Planalto

Vía: Xataka México

Más información: Nature

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