Los científicos innovan incorporando carbón a la electrónica, creando dispositivos de 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 esto es el grafeno, una lámina compuesta por una única capa de átomos de carbono, y grafito, un cúmulo infinito de láminas de grafeno, que pueden explicar muchos de los comportamientos de este material. Sus hojas que se deslizan fácilmente explican cómo la mina de un lápiz se esparce suavemente sobre el papel y su función como excelente lubricante. Ahora, Los investigadores están explorando el uso del carbón en la electrónica para crear dispositivos futuristas.

Comprender cómo funciona el carbón en la electrónica y su importancia.

El carbón, a pesar de estar también formado principalmente por carbono, es algo totalmente diferente. Este material es una masa informe de carbono sin estructura alguna y llena de otros elementos contaminantes.

Para hacernos una idea, basta recordar que el carbón y el grafito son especies mineralológicamente diferentes. Incluso es posible realizar grafito al carboncillo, sin embargo, el trabajo y la calidad final no merecen la pena. De esta manera, el investigador Fufei An y colegas de la Universidad de Illinois Urbana Champaign, en Estados Unidos, han logrado producir componentes electrónicos para dispositivos de próxima generación utilizando únicamente carbón.

Según el profesor Qing Cao, el carbón generalmente se considera voluminoso y sucio; sin embargo, las técnicas de procesamiento que han desarrollado pueden transformarlo en materiales de alta pureza con solo unos pocos átomos de espesor.

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 de última generación.

Proceso que llevan a cabo investigadores para utilizar carbón en electrónica

El proceso desarrollado por el equipo para utilizar carbono en la electrónica convierte primero el material en discos de carbono a nanoescala llamados puntos de carbono, que pueden conectarse para formar membranas atómicamente delgadas.

Y estas membranas son perfectas para funcionar como transistores bidimensionales e incluso como meristores, las neuronas artificiales de la creciente computación neuromórfica, que imita al cerebro humano. En la búsqueda de dispositivos electrónicos más pequeños, más rápidos y más eficientes, el paso definitivo serán componentes desarrollados con materiales de apenas uno o dos átomos de espesor.

Aunque los semiconductores ultrafinos han sido ampliamente estudiados, también es necesario contar con aislantes atómicamente delgados, materiales que bloquean el paso de la corriente eléctrica, para desarrollar transistores y meristores.

En la práctica, lo que hicieron los investigadores fue demostrar que capas atómicamente delgadas 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 puntos de carbono derivados del carbón.

Según Cao, es realmente muy emocionante, dado que es la primera vez que el carbón, algo que se considera de baja tecnología, se vincula directamente con la vanguardia de la microelectrónica.

El carbón en electrónica puede ser dos veces más rápido

Los investigadores utilizaron capas de carbono derivadas del carbón como dieléctrico de puerta en transistores bidimensionales construidos con grafeno semimetálico y con la semiconductor molibdenita (disulfuro de molibdeno), consiguiendo una velocidad de funcionamiento más del doble de rápida y con un menor consumo energético.

Al igual que otros materiales atómicamente delgados, las capas de carbono derivadas del carbón no tienen "enlaces colgantes", electrones que no están asociados con un enlace químico.

Estos sitios, que abundan en la superficie de los aisladores tridimensionales convencionales, alteran sus propiedades eléctricas, funcionando efectivamente como trampas, ralentizando el transporte de cargas eléctricas y, por tanto, la velocidad de conmutación del transistor.

Sin embargo, a diferencia de otros materiales atómicamente delgados, las nuevas capas de carbono derivadas del carbón son amorfas, lo que significa que no tienen una estructura cristalina regular y por lo tanto no tienen límites entre diferentes regiones cristalinas que sirvan como caminos de conducción que conduzcan a fugas, donde Corrientes eléctricas no deseadas fluyen a través del aislador y provocan un consumo de energía adicional sustancial durante las operaciones de los componentes.