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Tercer Milenio

Exprimiendo el grafeno

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Copo de grafeno rodeado de diminutos contactos eléctricos realizados mediante litografía electrónica
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INA/MICROSCOPIO 'DUAL BEAM'

EN VANGUARDIA

En Aragón también se investiga con grafeno, el novedoso material que protagoniza el Premio Nobel de Física de este año, concedido a los científicos rusos Konstantin Novoselov y Andre Geim.

José María de Teresa Nogueras, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA) dirige un proyecto que persigue conocer en detalle la alta conductividad eléctrica del grafeno para poder aprovecharla.

El grafeno es un material finísimo (tan solo un átomo de grosor) y de gran movilidad electrónica durante la conducción eléctrica. En este proyecto se estudia cómo se comporta “no el transporte de la carga del electrón, sino el transporte del espín del electrón a lo largo del grafeno”, explica De Teresa.

“El número de electrones que participan en la conducción eléctrica se puede controlar aplicando un voltaje puerta justo debajo del grafeno, el cual crea un campo eléctrico y, por lo tanto, atrae o repele a los electrones -señala-; este dispositivo puede ser utilizado como transistor, ya que, variando este voltaje puerta, se modula la corriente que circula por el grafeno, permitiendo por ejemplo amplificar señales eléctricas”. Además, puede trabajar a frecuencias más altas que los transistores de silicio, como ha demostrado recientemente IBM.

El control del espín en el grafeno podría dar lugar a nuevos dispositivos nanoelectrónicos y espintrónicos muy pequeños y de muy alta velocidad. A ello se añade la ventaja de que, “debido a las características del grafeno -bajo peso atómico de su material constituyente, el carbono-, es en principio posible transportar la información de la dirección de espín a distancias muy largas”. Esto es interesante para aplicaciones similares a las de la magnetorresistencia gigante, usada hoy en día para la lectura de información de los discos duros de ordenador y para fabricación de memorias no volátiles, como las de las cámaras digitales.

En este proyecto, antes de nada, hubo que obtener el material de partida: copos de grafeno de varias micras de longitud, y verificar si realmente estaba formado por una monocapa de carbono, un trabajo que realizó el colaborador italiano Stefano Roddaro en Pisa (Italia). En la sala blanca del Instituto de Nanociencia de Aragón, los equipos ‘dual beam’ han permitido realizar contactos eléctricos más pequeños que una micra “mediante litografía electrónica o mediante nanodepósitos inducidos por haz de electrones, en este caso con carácter magnético para que aporten electrones con una dirección de espín particular”, indica De Teresa. La caracterización eléctrica de los dispositivos se ha realizado en el ICMA, en la facultad de Ciencias. En este momento se están obteniendo los primeros resultados satisfactorios en relación al transporte de carga eléctrica en el grafeno “y a continuación procederemos a las medidas del transporte de espín”, objetivo del proyecto.

VÍA DIRECTA CON LOS NOBEL

Los investigadores aragoneses han tenido la oportunidad de estar en contacto directo con los premiados con el Nobel por su trabajo con el grafeno. En agosto de 2009, justo antes de comenzar el proyecto ‘Nanotecnología basada en dispositivos híbridos grafeno-materiales magnéticos/superconductores’, José María de Teresa y Jan Michalik (INA), asistieron a una charla impartida por Geim en la escuela de ‘Grafeno’ organizada en el Centro de Ciencias Pedro Pascual de Benasque. Unos meses después, era Novoselov quien ofrecía una charla en Zaragoza en el marco de la reunión del Grupo Especializado de Física del Estado Sólido.

MONOCAPAS DE CARBONO LISTAS PARA USAR

El Instituto de Carboquímica de Zaragoza elaboran dispersiones de grafeno, claves para procesarlo y combinarlo con otros materiales.

Ya existen leds y células fotovoltaicas flexibles, con electrodos transparentes hechos con una película conductora. ¿El secreto? Está en conseguir materiales que integren el grafeno y sus especiales propiedades. Y para poderlo procesar, es imprescindible obtener grafeno soluble en diferentes disolventes.

Este es uno de los logros del Grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología del Instituto de Carboquímica (Consejo Superior de Investigaciones Científicas). Su trabajo se orienta mucho hacia la aplicación del mundo nano al mundo real, aunque también abarca la síntesis de grafeno por métodos químicos y el desarrollo de nuevos materiales compuestos. Por ejemplo, incorporan grafeno sobre polímeros conductores y polímeros termoplásticos, con lo que se obtiene un material mejorado que se puede presentar en forma de película, recubrimiento, membrana, fibra, aditivo..., con lo que se amplía el abanico de aplicaciones tecnológicas del grafeno. Los composites así creados presentan buena conductividad eléctrica, soportan más altas temperaturas y no se degradan fácilmente.

 

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