Creación de circuitos sobre grafeno

Una punta de AFM caliente es capaz de dibujar líneas conductoras de nanómetros de ancho sobre óxido de grafeno.

Punta caliente: Una punta de AFM calentada a más de 150 °C es capaz de grabar una superficie de óxido de grafeno aislante para crear delgados hilos conductores a nanoescala. Fuente: Debin Wang, Georgia Tech.

Usando una punta caliente de microscopio de fuerza atómica, un grupo de investigadores ha logrado dibujar patrones conductores a nanoescala sobre óxido de grafeno aislante. Este sencillo truco para controlar la conductividad del óxido de grafeno podría allanar el camino para el grabado de circuitos electrónicos en dicho material de carbono, un importante avance hacia la creación de procesadores de ordenador de alta velocidad, baja potencia, y potencialmente más baratos.

El grafeno, una lámina de carbono de un átomo de espesor, es un prometedor reemplazo del silicio en los circuitos electrónicos, ya que transporta los electrones mucho más rápidamente. Los investigadores de IBM ya han creado transistores, los bloques de construcción de los circuitos electrónicos, con grafeno capaces de trabajar 10 veces más rápidamente que sus homólogos de silicio. Sin embargo para crear estos transistores, los investigadores primero tienen que alterar las propiedades electrónicas del grafeno cortándolo en tiras finas, que luego se incorporan en los dispositivos. Los investigadores han producido estas nanocintas mediante la litografía, con procesos basados en soluciones químicas, o descomprimiendo los nanotubos de carbono.

En lugar de todo eso, en el nuevo estudio publicado en Science, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y el Laboratorio de Investigación Naval de los EE.UU. "escriben" las nanocintas sobre una superficie, en vez de tener que cortar el grafeno. Los investigadores comienzan con una hoja de óxido de grafeno, que es incapaz de conducir la corriente eléctrica. Al pasar una punta de AFM caliente, con entre 150 °C y 1060 °C, por toda la hoja, los átomos de oxígeno se desprenden en los puntos que toca la punta. Esto deja tras de sí unas líneas de grafeno casi puro que son 10.000 veces más conductivas que el óxido de grafeno que las rodea.

"Es una técnica rápida y reproducible, de sólo un paso y sencilla", afirma Paul Sheehan, que lideró el trabajo en el Laboratorio de Investigación Naval. "En lugar reducir la resistencia y tratar de cortar el grafeno de distintas formas, podemos utilizar el calor local y escribir las líneas exactamente donde queramos." Sheehan afirma que podría usarse un conjunto de miles de puntas de AFM para dibujar circuitos sobre óxido de grafeno al mismo tiempo.

Los métodos conocidos para crear nanocintas son dificultosos y caros, afirma Jing Guo, profesor de ingeniería informática y eléctrica en la Universidad de Florida, en Gainesville. Estos métodos también crean cintas con bordes ásperos, lo que afecta a las propiedades electrónicas del grafeno y se traduce en transistores de baja calidad. "Esta es una nueva forma de crear nanocintas que resulta muy simple, fiable y potencialmente escalable a gran escala", señala. "Básicamente tomamos papel y usamos un lápiz para dibujar sobre él, consiguiendo una línea muy estrecha."

Los investigadores lograron escribir líneas de hasta 12 nanómetros de diámetro a una velocidad de hasta 0,1 milímetros por segundo. La velocidad de escritura aumentó con la temperatura. "Es emocionante ver que esta conversión se puede realizar y controlar a escala nanométrica", afirma Yu-Ming Lin, investigador del grupo de ciencia y tecnología a nanoescala en el Watson Research Center de IBM situado en Yorktown Heights, Nueva York. "Este es un paso importante para la electrónica basada en el grafeno".

Comenzar usando hojas de óxido de grafeno en lugar de grafeno resulta más fácil y más barato, afirma Elisa Riedo, profesora de física en Georgia Tech, y que dirigió el trabajo con Sheehan. Las pristinas hojas de grafeno se obtienen normalmente mediante la separación mecánica de tiras de grafito, o mediante el cultivo del grafeno en obleas de carburo de silicio de dos pulgadas. "El óxido de grafeno era más barato de producir en grandes áreas, en comparación con el grafeno," afirma Riedo. "Es un camino diferente para acabar consiguiendo grafeno".

Los investigadores planean crear transistores usando su técnica, aunque puede que en primer lugar necesiten procesos adicionales, señala Yanwu Zhu, investigador de grafeno en la Universidad de Texas en Austin. Para empezar, tendrán que encontrar una forma de eliminar los restos de óxido de grafeno de las cintas conductoras.

Jean Lucas Méndez T.

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EES Secc. 2