El Desenfreno Obsceno de los Plasmones y el Grafeno

Publicado: 3 septiembre, 2011 en Tecnología
Etiquetas:, , ,

Últimamente se habla mucho del grafeno. Los avances que está habiendo al respecto están levantando muchas expectativas en diferentes campos y es un material de moda en el mundo científico. En concreto, de lo que yo os voy a hablar es de las noticias que hace unos dias inundaron los medios y que hablaban básicamente de que el grafeno incrementará las velocidades de conexión a internet prácticamente hasta el infinito y más allá…Ya será menos.

Bueno, en primer lugar, esto del grafeno…¿qué es lo que es?. El grafeno es Carbono, igual que un diamante, igual que la mina de un lápiz,  igual que el componente fundamental de todos los seres vivos. Pocos elementos de la tabla periódica son más versátiles que el Carbono. Obviamente un lápiz no es un diamante. Lo que diferencia a todos estos elementos compuestos de Carbono es la estructura interna que adopta dicho elemento, es decir, cómo se colocan los átomos. En el caso del grafeno, los átomos de Carbono se colocan como las celdas hexagonales de una colmena, formando una estructura plana y bidimensional. Si cogemos el plano formado por el grafeno y lo convertimos en un cilindro…voilà! obtenemos nanotubos de Carbono, en concreto de pared única. Los nanotubos de Carbono son el primer material conocido que es capaz de soportar indefinidamente su propio peso suspendido sobre nuestro planeta…imprescindible para el ascensor espacial. Pero esa es otra historia que ha sido y será contada en otro momento y en otros contextos.

Aquí hemos venido a hablar de grafeno, del panal de abejas hecho de Carbono que al colocarse de esa manera, se obtienen unas propiedades sorprendentes. El grafeno es más resistente que el acero, unas 200 veces, además de ser flexible y un conductor excelente de la electricidad y el calor. Como se trata de un material que podemos fabricar de manera relativamente fácil y con unas propiedades tan estupendas, está generando grandes expectativas…sobre todo porque nuestro planeta está petao de Carbono, así que la materia prima no es nada complicada de encontrar, y los procesos de fabricación se van mejorando día a día, y eso significa que se va abaratando la fabricación en masa.

Pero lo interesante desde el punto de vista de la electrónica en general y de las telecomunicaciones en particular, y es que presenta unas propiedades óptimas para la fabricación de circuitos integrados gracias a cómo se mueven los electrones en el grafeno. Los electrones que se trasladan sobre el grafeno se comportan como fermiones de Dirac, que se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía, como ocurre con la luz. Los electrones del grafeno se mueven libremente por toda la lámina y no se quedan atrancados en zonas de las que no pueden salir, que es lo que suele pasar en los materiales bidimensionales cuando hay impurezas, es decir, los que se utilizan actualmente.

Al tener tan alta movilidad de portadores, y además un bajo nivel de ruido, lo podemos utiizar como canal en transistores de efecto de campo que pueden operar a frecuencias realmente altas, superando los 300 GHz. Tiene toda la pinta que el grafeno podría sustituir al Silicio en los dispositivos electrónicos, aunque no todos están de acuerdo, porque al no tener una banda de resistividad, no puede parar de conducir la electricidad, es decir, no se puede apagar. El Silicio sí.

La base de la electrónica actual son los transistores, que para el mundo mundial pueden asemejarse a grifos, que dejan pasar o no la corriente eléctrica en función de si están abiertos o cerrados, y ese abrir y cerrar se realiza mediante cambios de potencial y corriente. Normalmente, un transistor se basa en Silicio. Imaginatelo como una pastilla de Silicio sobre la que se pone tres trocitos de materiales dopados, es decir, a los que se les añade algún elemento químico diferente a su composición, lo que decíamos antes de las impurezas. La gracia de todo esto es que las impurezas son las que facilitan la generación de electrones y huecos, que es en lo que consiste la electricidad.  Un circuito integrado es básicamente un montón de transistores interconectados de manera que realicen las funciones para las que ha sido diseñado dicho circuito. De manera que el grafeno lo que haría sería sustituir a la pastilla de Silicio, el resto del diseño también cambiaría claro.

¿Cómo puede aplicarse este material al campo de las telecomunicaciones? Se puede generar energía eléctrica colocando dos alambres de metal encima del grafeno y proyectando una luz brillante sobre el dispositivo….peeeeero el grafeno absorbe muy poca luz, con lo que la eficiencia del sistema es terriblemente baja. Para resolver este inconveniente usamos a nuestros amigos, los plasmones, que pondremos encima del grafeno y que mejorarán considerablemente las prestaciones, hasta 20 veces. Los plasmones son nanoestructuras metálicas. Igual que un fotón es una cuantización de la oscilación de un campo electromagnético, y un fonón es una cuantización de la oscilación de un campo mecánico, un plasmón es una cuantización de las oscilaciones de un plasma, gas ionizado para los amigos. Esto quiere decir, que puedo usar el grafeno como fotodetector en las comunicaciones de alta velocidad, ya que puedo obtener dispositivos increiblemente rápidos, gracias a cómo se comportan los electrones en el grafeno, a cómo se mueven y a cuanta velocidad lo hacen. La fibra óptica será la misma, pero los dispositivos que generan y modulan la señal que luego se transporta por la fibra, si se hicieran con grafeno, alcanzarían mayores velocidades que las actuales. Pero para ello debería inventarse el equivalente al transistor de Silicio, alma mater de la electrónica actual, basándonos en Grafeno y Plasmones. En un futuro no muy lejano podríamos disfrutar de una tremenda orgía fotónica y optoelectrónica gracias a la combinación de Plasmones y Grafeno. ¿Te pone, ein?

Anuncios
comentarios
  1. Anónimo dice:

    Muy bien escogido el tema porque, efectivamente, el grafeno parece que es capaz de todo.
    Lo último descubierto por el mismo equipo de Manchester que lo identificó por primera vez es que es capaz de autoregenerarse!!! Alucina. A una muestra de grafeno le hicieron un “agujero” y el propio material se regeneró simplemente añadiendo carbono puro y sin ninguna acción externa.
    Ver en http://yucatanhoy.com/ciencia-y-tecnologia/el-grafeno-es-capaz-de-regenerarse-por-si-solo.html

  2. Alex dice:

    No me ha dado tiempo ni a firmar el comentario… Jeje, debe ser cosa del grafeno.
    Saludos.
    Alex.

    • Gracias Alex,
      La verdad es que parece el material milagro, ya van construyendo tubos cada vez mas grandes, y las aplicaciones son increíbles. Veremos que nuevas sorpresas nos depara el Carbono…

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s