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Un transistor basado en una capa de sólo un átomo de carbono de espesor podría ser la tecnología que sustituya al silicio en un futuro.
El transistor, recientemente presentado, es más de cuatro veces más pequeño que el más pequeño confeccionado en silicio, además de más eficiente. Para su confección se ha utilizado una lámina de grafeno de una décima de nanometro de espesor, es decir, el espesor de un sólo átomo. A diferencia de otros transistores de ese tamaño, éste no requiere temperaturas criogénicas o de complejos sistemas de producción.
El grafeno está compuesto por carbono que forma una red hexagonal con forma similar a un panal de abejas. El grafeno forma el grafito cuando muchas de estas capas son apiladas unas encima de otras, o forma los nanotubos de carbono cuando es enrollado sobre sí mismos.
El grafeno conduce la electricidad mejor que muchos materiales porque los electrones pueden viajar en línea recta entre los átomos sin ser dispersados. Esto significa que una electrónica basada en este material debe de ser más eficiente y consumir menos corriente. Un hipotético chip confeccionado con este tipo de transistores sería más rápido y permitiría crear computadoras más veloces.
El primer transistor de grafeno fue presentado en 2004, pero no funcionaba muy bien al tener pérdidas de corriente y no poderse apagar convenientemente. Esto se debía precisamente a que los electrones se movían demasiado bien entre los átomos.
Ahora Andre Geim y sus colaboradores de University of Manchester (RU) han presentado un transistor hecho en grafeno que no tiene pérdidas en la corriente que controla el flujo.

El transistor monoelectrónico es confeccionado enteramente en una lámina de grafeno. Los elementos centrales son puntos cuánticos que permiten a los electrones fluir de uno a uno. Los puntos cuánticos son conectados a una región más ancha que funciona como la barrera del efecto túnel cuántico. Foto: University of Manchester.

Este transistor se hizo con cintas de grafeno de 10 nm de ancho y 0.1 nm de grosor. Una lámina de grafeno permanece estable y conductora aunque sea cortada para formar una cinta de sólo unos pocos nanometros de ancha. Por lo tanto, y diferencia de otros materiales como los típicos semiconductores, se puede ir más allá en la miniaturización.
Esta cinta de grafeno constriñe los niveles cuánticos de energía disponibles para los electrones de la corriente y limita su movimiento. Se usa un campo eléctrico para controlar el flujo de la corriente, permitiendo a los electrones saltar o no de nivel consiguiendo de este modo apagar o encender el transistor de manera conveniente.
Utilizando dos láminas se puede además conseguir un ajuste fino de las cualidades y controlar la densidad de electrones.
El transistor opera a temperatura ambiente y además, a diferencia de otros transistores similares, es muy fácil de confeccionar. La cinta de grafeno que es el corazón del transistor, así como las conexiones pueden cortarse de una lámina de grafeno mediante litografía de haz de electrones, que es una técnica estándar. De este modo se podría crear un chip basado en una sola lámina de grafeno con todos sus transistores y conexiones incluidos y formados todos a partir del propio grafeno de la lámina.
Además, esta tecnología permitiría a la industria microelectrónica continuar con una miniaturización de los componentes que fabrica más allá de los límites impuestos por la electrónica basada en silicio.
En las últimas décadas el número de transistores por chip se ha doblado cada dos años cumpliéndose lo que se ha llamado la ley de Moore. Pero esta tendencia no se puede mantener indefinidamente si nos basamos en la misma tecnología de silicio.
Los investigadores están excitados por las posibles aplicaciones de este material.
También estos investigadores, en colaboración con otros del Institituto Max Plank, han explicado la física que hay detrás de este material, publicando los resultados en el mismo número de Nature.
El próximo paso es crear un circuito con láminas de grafeno para probar así la viabilidad del concepto. Estiman que los primeros chips comerciales entren en el mercado en 2025 cuando la electrónica basada en el silicio haya alcanzado su límite.

Referencias:
University of Manchester.
Más sobre este tema enUniversity of Manchester.
Nature Materials (DOI: 10.1038/nmat1849), Nature (DOI: 10.1038/nature05545).
Resultado antiguo.
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