Grafeno el material del futuro sustituto del silicio

El silicio está en el límite de sus propiedades y por eso es difícil que los fabricantes consigan exprimir más su potencial para hacer chips todavía más rápidos. Es por ello que los principales fabricantes de chips están desde hace tiempo tras la búsqueda de nuevos materiales que ayuden a ultrapasar estas barreras tecnológicas.

Es ahí donde aparece el grafeno, material que desde hace tiempo viene sonando como sustituto del silicio, ya que por sus propiedades conductoras es capaz de aumentar considerablemente el rendimiento de los componentes electrónicos. El problema era su fabricación.

Investigadores a lo largo del mundo han hecho poco a poco pequeños avances para conseguir integrar el grafeno en los chips y la noticia es que parece que la solución ya está muy próxima, de la mano de Samsung, que así se postula con un motivo adicional para dominar el futuro de la informática y la electrónica.

Pero la historia viene de largo. Sin remontarnos muy lejos, a principio de Año IBM consiguió fabricar un chip con grafeno, solucionando algunos problemas como su baja adherencia. En realidad el proceso solamente incorporaba grafeno en canales de comunicación entre componentes de sicilio, en un chip orientado a comunicaciones móviles y capaz de enviar simplemente sms de texto. A pesar del poco relevante uso del material, demostraron que estos chips “graphene-based circuit” son capaces de aumentar 10.000 veces el rendimiento de sus predecesores con silicio. Sin embargo, los procesos para fabricación a grande escala parecían todavía lejos.

Ahora la noticia más importante es que Samsung ha anunciado que es capaz de solucionar todos los problemas encontrados hasta el momento para la fabricación de chips con grafeno. En una investigación con una universidad de Corea del Sur han conseguido fabricar obleas con chips de grafeno, con lo que se asume que esos procesos van a catapultar el desarrollo de esta nueva tecnología. Sin duda se trata del mayor avance de la ciencia en la incorporación de este material en los electrónicos. Podemos encontrar más información del descubrimiento en la nota de prensa de Samsung.

Principales características del grafeno

Es el material más deseable hasta el momento para la fabricación de dispositivos electrónicos.
Tiene cien veces más movilidad de electrones que el silicio.
Capaz de aumentar cientos o miles de veces el rendimiento de los chips.
Mayor durabilidad del acero.
Alta conductividad del calor.
Enorme flexibilidad, lo que lo hace perfecto para usar en pantallas flexibles.
Se supone el componente que hace falta para crear toda una nueva generación de dispositivos electrónicos.

En definitiva, el grafeno se plantea como canalizador de una nueva era en el mundo de la informática y los dispositivos electrónicos, capaz de aumentar el rendimiento de los chips, pero también de romper otro tipo de fronteras que mejoren la adaptabilidad de los componentes en nuevos tipos de dispositivos que están por llegar.

El grafeno puede ser la clave para dominar la fabricación de sistemas electrónicos y la empresa que consiga comercializarlo antes que otros competidores tiene mucho camino recorrido para postularse como referencia para los próximos años. En fin, que ya están tardando en crear el “Graphene Valley”. Y nosotros que lo veamos!

El Grafeno de la computación clásica a la cuántica

La ley de Moore quedará obsoleta en 10 años más. La computación cuántica aún está en pañales, por lo que una crisis es inevitable, a menos que la transición comandada por el grafeno se haga efectiva.

La computación cuántica permitirá procesar en segundos volúmenes de información que actualmente tardaría siglos, pero no será la siguiente generación informática.

Los avances en esta materia han sido significativos, pero aún está estancada por el poco entendimiento del mundo cuántico, donde las partículas pueden estar en dos lugares a la vez, y solo con mirarlas cambiamos su estado, lo que impide su estudio. Lo que necesitamos (como humanidad, y aun más como geeks) es una etapa de transición entre la computación actual y la computación cuántica.

Es aquí donde se genera la crisis. Si la computación cuántica no llega pronto, y la tecnología continua a los ritmos actuales de innovación, de aquí a 10 años ya no se podrá construir procesadores más rápidos, porque no se podrán construir transistores más pequeños.

El transistor, en palabras simples, es el elemento básico de la electrónica. Es como los ladrillos de un edificio, la unidad fundamental. Su función es permitir o bloquear el paso de corriente eléctrica por un lugar determinado, lo que se puede traducir en: abierto o cerrado, blanco o negro, encendido o apagado, y lo que nos convoca, 0 ó 1 (bit).

Existen 3 requerimientos básicos para seguir desarrollando nuevos procesadores (la base de nuestra tecnología):

  1. Incluir más transistores en un mismo espacio.
  2. Incluir transistores cada vez más rápidos.
  3. Que sean viables económicamente.

Lo repito, de continuar al ritmo actual de innovación, en 10 años más no podremos cumplir ninguno de los 3 requisitos.

Entonces, ¿Quién podrá defendernos?

La respuesta proviene del supermaterial que ganó el premio Nobel de física del 2010: El grafeno. Compuesto por hojas de carbono de un átomo de espesor, el grafeno posee características de dureza, flexibilidad y conductividad eléctrica con las cuales cambiará muchos aspectos de nuestra vida: La electrónica, la construcción, el camuflaje militar y probablemente la tecnología en general.

La ventaja específica que provee el grafeno es que su conductividad eléctrica permite crear transistores mucho más rápidos utilizando el menos espacio que los actuales. El problema es que resulta muy complejo crear transistores de grafeno, dado que es tan pequeño que cuesta mucho permitir los estados de encendido y apagado (o y 1), o eso era hasta ahora.

Científicos de la Universidad de Stanford utilizaron ADN para crean nanocables de grafeno, con los cuales desarrollaron transistores.

Estos transistores de grafeno tendrían un átomo de espesor, y entre 20 a 50 átomos de largo. Con ellos se podrían desarrollar procesadores mucho más rápidos que los actuales con menor consumo energético.

“Demostramos por primera vez que se puede usar ADN para desarrollar nanocables y luego hacer transistores funcionales” dijo Anatoliy Sokolov, co-autor del proyecto. “Nuestro método de fabricación basado en ADN es altamente escalable, y ofrece bajos costos de manufactura. Todas estas ventajas lo hacen muy atractivo para la adopción de la industria”.

Cómo los crearon

Primero los científicos utilizaron silicio (como sustrato) para el transistor experimental. Sumergieron el silicio en una solución de ADN para formar cadenas en línea recta.

Posteriormente, estas cadenas de ADN fueron sometidas a un proceso químico para que absorbieran iones. Luego, la solución completa fue calentada junto con gas metano (que posee carbono). El calor liberó átomos de carbono, los cuales fueron atraídos por las cadenas de ADN, formándose así un cable de grafeno. Estos nanocables fueron utilizados para crear un transistor, el que funcionó correctamente.

Pese a que no es la primera innovación tecnológica que utiliza ADN como material de construcción, no puedo dejar de sorprenderme por el ingenio de aquellos que están construyendo nuestro futuro. Si esta nanotecnología es bien recibida por el mercado, podremos esperar la computación cuántica tranquilos y con los brazos abiertos.

Link: Extremetech