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Científicos Inovan Al Incorporar Carbón En La Electrónica, Creando Dispositivos Para La Próxima Generación Con Ventajas Sorprendentes.
El carbono, la base de la vida en la Tierra, está ganando protagonismo en el mundo de la electrónica. Un ejemplo de ello es el grafeno, una hoja compuesta por una única capa de átomos de carbono, y el grafito, un aglomerado infinito de hojas de grafeno, que puede explicar muchos de los comportamientos de este material. Sus hojas fácilmente deslizantes explican cómo el grafito del lápiz se extiende suavemente sobre el papel y su función como un excelente lubricante. Ahora, investigadores están explorando el uso del carbón en la electrónica para crear dispositivos futuristas.
Entienda Cómo Actúa El Carbón En La Electrónica Y Su Importancia
El carbón, a pesar de estar igualmente formado principalmente por carbono, es algo totalmente diferente. Este material es una masa amorfa de carbono sin ninguna estructura y repleta de otros elementos contaminantes.
Para hacerse una idea, basta recordar que carbón y grafito son especies mineralógicamente diferentes. Es posible incluso hacer grafito de carbón, sin embargo, el trabajo y la calidad final no valen la pena. De esta forma, la investigadora Fufei An y colegas de la Universidad de Illinois Urbana Champaign, en Estados Unidos, lograron producir componentes electrónicos para dispositivos de próxima generación utilizando solo carbón.
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Según el profesor Qing Cao, el carbón es generalmente considerado algo voluminoso y sucio, sin embargo, las técnicas de procesamiento que desarrollaron pueden transformarlo en materiales de alta pureza con solo algunos átomos de grosor.
El profesor explica que sus estructuras y propiedades atómicas únicas son ideales para producir algunos de los componentes electrónicos más pequeños posibles, con un rendimiento superior al estado del arte.
Proceso Realizado Por Los Investigadores Para Utilizar El Carbón En La Electrónica
El proceso desarrollado por el equipo para utilizar el carbón en la electrónica primero convierte el material en discos de carbono a nanoescala llamados puntos de carbono, que pueden ser conectados para formar membranas atómicamente finas.
Y estas membranas son perfectas para funcionar como transistores bidimensionales e incluso como memristores, los neuronas artificiales de la creciente computación neuromórfica, que imita al cerebro humano. En la búsqueda de dispositivos más pequeños, rápidos y eficientes en la electrónica, el paso definitivo serán componentes desarrollados con materiales de solo uno o dos átomos de grosor.
A pesar de que los semiconductores ultrafinos han sido estudiados extensamente, también se necesita contar con aislantes atómicamente finos, materiales que bloquean el paso de corriente eléctrica, para desarrollar transistores y memristores.
En la práctica, lo que los investigadores hicieron fue demostrar que capas atómicamente finas de carbono, con estructuras atómicas desordenadas, pueden funcionar como un excelente aislante para la construcción de componentes electrónicos bidimensionales, estas capas de carbono se forman a partir de los puntos de carbono derivados del carbón.
Según Cao, es realmente muy emocionante, visto que esta es la primera vez que el carbón, algo que se considera de baja tecnología, está directamente vinculado a la vanguardia de la microelectrónica.
El Carbón En La Electrónica Puede Ser Dos Veces Más Rápido
Los investigadores utilizaron capas de carbono derivadas del carbón como dieléctrico de puerta en transistores bidimensionales construidos como el semimetal grafeno y con el semicondutor molibdenita (disulfuro de molibdeno), obteniendo una velocidad de operación más de dos veces más rápida y con menor consumo de energía.
Como otros materiales atómicamente finos, las capas de carbono derivadas del carbón no tienen “enlaces pendientes”, electrones que no están asociados a un enlace químico.
Estos lugares, que son abundantes en la superficie de los aislantes tridimensionales convencionales, alteran sus propiedades eléctricas, funcionando efectivamente como trampas, retrasando el transporte de las cargas eléctricas y, de esta manera, la velocidad de conmutación del transistor.
Sin embargo, a diferencia de otros materiales atómicamente finos, las nuevas capas de carbono derivadas del carbón son amorfas, lo que significa que no tienen una estructura cristalina regular, por lo tanto, no tienen límites entre diferentes regiones cristalinas que sirvan como caminos de conducción que lleven al fuga, donde corrientes eléctricas no deseadas fluyen a través del aislante y causan un consumo adicional sustancial de energía durante las operaciones del componente.
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