Obtienen lámina monoatómicas de germanio, un material que podría revolucionar la electrónica del futuro.
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Hace 60 años, cuando se empezó a desarrollar el transistor se usaba germanio como material semiconductor. De hecho, el primer transistor estaba hecho de ese elemento. Más tarde se usó silicio, que es el elemento que actualmente usamos en casi toda la electrónica convencional. El silicio es más barato y abunda en la corteza terrestre.
Un grupo de investigadores de Ohio State University acaba de descubrir que se podría usar germanio de nuevo en circuitos electrónicos para que fueran aún más rápidos y eficientes. Sólo hay que crear monocapas de un átomo de espesor de germanio a las que se han llamado germanano. Han podido comprobar que los electrones circulan 10 veces más rápido en el germanano que en el silicio y 5 veces más rápido que en el germanio convencional.
Desde hace unos años se viene investigando un material que promete mucho: el grafeno. Es el material de moda y con él se intentan crear dispositivos electrónicos muy rápidos. Pero el grafeno (monocapas de carbono) no es tan perfecto como a veces nos prometen. Entre otras cosas no tiene una zanja de energía, a diferencia de los semiconductores convencionales.
El germanano es una alternativa al grafeno y con una filosofía muy parecida. Pero crear monocapas de germanio no es fácil. Los átomos de germanio tienen a formar una red cristalina tridimensional, no monocapas. La estructura final depende de los enlaces químicos que tiene este elemento y como se organizan los átomos bajo esa restricción.
Este equipo de investigadores ha conseguido este nuevo material intercalando átomos de calcio entre capa y capa de germanio y luego disolviendo la intercapa de calcio con ácido hidroclórico. La estabilización de las capas de germanio obtenidas se consigue con átomos de hidrógeno que bloquean los enlaces libres. Han demostrado que el germanano así obtenido es estable si se le expone tanto al aire como al agua. Al parece el germanano es incluso más estable que el silicio convencional y además se puede manipular con las técnicas tradicionales.
Joshua Goldberger, uno de los investigadores implicado, dice que mucha gente cree que el grafeno es el material del futuro, pero que el germanio y el silicio son todavía los materiales del presente. Podría ser que el uso del germanio cumplan las promesas del grafeno pero a menor coste por usar la tecnología ya existente.
Uno de los aspectos más interesantes quizás sea la posibilidad de usarlo en dispositivos optoelectrónicos. La zanja de energía del germanano hace que la luz sea absorbida fácilmente, al contrario que en el silicio y germanio convencionales, que se usan en modo indirecto.
“Cuando tratas de usar un material con banda indirecta en células solares tienes que hacerlo grueso si quieres que pase suficiente energía a su través como para que sea útil. Un elemento con banda directa puede realizar el mismo trabajo con un material 100 veces más fino”, dice Goldberger.
La velocidad a la que se mueven los electrones en un semiconductor está relacionada con la movilidad de electrones. Esta movilidad es importante porque una computación más rápida sólo se puede conseguir con una movilidad mayor. Cuando se hacen transistores más pequeños se necesita una alta movilidad en el material para que los transistores funcionen. Como la velocidad de los electrones en el germanano es 10 veces superior a la del silicio, esto permitiría construir circuitos microelectrónicos de mayor potencia gracias a este nuevo material.
Ahora este equipo de investigadores va a investigar cómo ajustar las propiedades del germanano mediante cambios en la configuración de los átomos en la monocapa.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original. [3]