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martes, 7 de diciembre de 2010

Grafeno….. un material dos Nobeles.











El Nobel de Física 2010 fue otorgado a Andrei Geim y Konstantín Novoselov por sus descubrimientos sobre el grafeno, un material bidimensional extra fino y capaz de conducir electricidad.

El grafeno es un material extremadamente delgado y resistente que, como conductor de la electricidad, se comporta como el cobre, y como conductor de calor, supera a cualquier otro material conocido por el hombre.

El grafeno tiene una amplia variedad de aplicaciones posibles, incluida la fabricación de dispositivos electrónicos avanzados.

Con este reconocimiento, Konstantín Novoselov se convierte a sus 36 años en el Nobel ruso más joven, ya que tiene seis años menos de los que tenía el soviético Nikolái Básov cuando en 1964 obtuvo el galardón por su trabajo de electrónica cuántica, y es a la vez el físico más joven desde 1973 que recibe el premio, año en el cual lo recibió Brian David Josephson (Cardiff, País de Gales 1940) a los 33 años.

Propiedades

§Alta conductividad térmica y eléctrica.

§ Alta elasticidad y dureza.

§ Resistencia (200 veces mayor que la del acero).

§ El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.

§ Soporta la radiación ionizante.

§ Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.

§ Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones.

§ Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.

Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes:

§ Los electrones que se trasladan sobre el grafeno, se comportan como cuasipartículas sin masa. Los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos 106 m/s. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.

§ El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).

§ Debido a las propiedades anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas).

§ Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera el átomo de helio, cuyos átomos son los más pequeños que existen (sin combinar en estado gaseoso) puede atravesarlo.

Aplicación en electrónica

El grafeno tiene propiedades ideales para ser utilizado como componente en circuitos integrados. El grafeno tiene una alta movilidad de portadores, así como un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET). La dificultad de utilizar grafeno estriba en la producción del mismo material, en el substrato adecuado. Los investigadores están buscando métodos como la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfoliación) o el crecimiento epitaxial (como la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio - SiC). En diciembre de 2008, IBM anunció que habían fabricado y caracterizado transistores operando a frecuencias de 26GHz. En febrero del 2010, la misma IBM anunció que la velocidad de estos nuevos transistores alcanzaba los 100 GHz.

Las publicaciones especializadas bullen con artículos que presentan a esta estructura de carbono como la Panacea universal en la tecnología y el reemplazo de dispositivos de Silicio por Grafeno; pero no toda la comunidad científica comparte este optimismo por el Grafeno. El célebre físico holandés Walt De Heer afirma que "el grafeno nunca reemplazará al silicio". "Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca reemplazaron a los barcos".

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