China y Estados Unidos entierran el hacha de guerra para crear algo inédito: el primer semiconductor de grafeno

Estados Unidos y China tienen actualmente varios frentes abiertos. Uno de ellos tiene puntos en común y se trata del actual conflicto tanto tecnológico como comercial. Y tiene puntos en común porque China necesita maquinaria avanzada para crear chips, Estados Unidos prohíbe a empresas que les vendan dicha maquinaria y China se las ingenia para suplir esa falta de maquinaria y crear componentes que están desconcertando a Estados Unidos.

Es una pescadilla que se muerde la cola y cuya tensión va en aumento desde hace unos meses (con un Huawei Mate 60 Pro que azuzó el conflicto). Sin embargo, hay esperanza para el entendimiento y la ciencia puede ser ese terreno en el que haya una tregua. ¿El motivo? Universidades de China y Estados Unidos han encontrado la clave para que los semiconductores evolucionen: el grafeno.

El grafeno se abre paso a empujones en la carrera para sustituir al silicio en los semiconductores

Lo primero es lo primero: en los semiconductores, el silicio es el rey. Es un material que lleva más de 50 años como el favorito a la hora de crear semiconductores y que quitó el puesto al germanio debido a sus buenas capacidades físicas para transmitir la corriente eléctrica, pero también para aislarla.

Tiene una conductividad que se puede controlar fácilmente modificando las propiedades eléctricas del mismo y, al ser un elemento abundante, se ha ganado el puesto con creces en la industria tecnológica.

Un semiconductor es un elemento que puede funcionar como un "interruptor". Cuando se aplica radiación o es expuesto a un campo electromagnético, el silicio se comporta como un conductor, y uno bastante bueno. Sin embargo, cuando se deja de aplicar esa energía, ofrece una gran resistencia al desplazamiento de las cargas eléctricas. Es un muy buen material, pero genera una gran cantidad de calor que hay que disipar, siendo una tarea cada vez más complicada.

Además, sobre todo a medida que la 'impresión' fotolitográfica es más compleja y vamos bajando más y más nanómetros, la industria se acerca al límite físico de este material, por lo que es de suma importancia encontrar un sustituto sostenible para la industria y el mercado. El arseniuro de galio y el arseniuro de boro cúbico eran dos muy bien posicionados, pero ahora ha llegado el grafeno.

Sí, la industria lleva mucho tiempo vendiendo el grafeno como esa maravilla que solucionará todos los problemas de los materiales actuales, y puede que así sea, pero la complejidad a la hora de desarrollar componentes con este material es tal que aún no se ha encontrado una forma viable de trabajar en masa con él.

Sin embargo, los descubrimientos de la Universidad de Tianjin en China y del Instituto de Tecnología de Georgia en Estados Unidos, pueden haber dado un giro de tuerca interesante a la historia. El grafeno llevaba un par de décadas como posible candidato a sustituir al silicio, pero como comentamos, no se encontraba la manera de crear componentes de forma sostenible con este material.

Es un estudio publicado recientemente en Nature, los investigadores de ambas universidades defienden, y demuestran, que el grafeno (o epigrafeno) es un semiconductor funcional apto para su uso en nanoelectrónica. Y con unas condiciones mucho más favorables que el silicio.

El motivo es que la movilidad de sus electrones es diez veces superior a la del silicio a temperatura ambiental, una gran ventaja tanto para el posible rendimiento como para la eficiencia y la gestión térmica. Sí, ya se había considerado el grafeno como sustituto del silicio, como hemos comentado, pero la clave de este descubrimiento es que se ha logrado operar de forma efectiva en la banda prohibida.

La banda prohibida del grafeno

Cada material tiene dos bandas: la de valencia y la de conducción. La primera contiene los electrones de valencia, mientras que la segunda es el lugar al que se mueven esos electrones.

Entre ambas, se encuentra la banda prohibida, que es el espacio que necesita ciertas condiciones para permitir esa movilidad de los electrones y, por tanto, la transmisión de la información. El grafeno, evidentemente, tiene esas bandas, pero no había sido posible operar en ella a temperatura ambiente de forma eficiente. Hasta ahora.

El Dr. Lei Ma de la Universidad de Tiajin afirma que, del modo en el que se trataba el grafeno hasta ahora, la banda prohibida no se podía encender y apagar en la proporción correcta para que funcionara como un semiconductor, pero con la nueva tecnología se logra estabilizar esto.

Tan confiados se muestran sus descubridores que han afirmado que "el grafeno es el siguiente paso. Quién sabe cuáles serán los próximos después de esto, pero hay muchas posibilidades de que el grafeno se convierta en el paradigma durante los próximos 50 años".

Veremos qué ocurre, pero el resumen es que un procesador de epigrafeno en lugar de uno de silicio sería más rápido y mucho más eficiente a nivel energético debido a que los electrones que llevan la "información" pueden ir más rápido generando un menor calor. Por tanto, no hace falta emplear recursos en enfriar con ventiladores u otros métodos el sistema.

De hecho, y como leemos en DW, Sarah Haigh, del Instituto Nacional del Grafeno de la Universidad de Manchester, afirma que un móvil con semiconductores de grafeno "podría durarte semanas sin quedarse sin batería, reduciría el consumo de energía en todos los aspectos de nuestras vidas y reduciría tanto el coste como la contaminación por los combustibles fósiles".

Ahora bien, no hay que esperar que mañana se pongan a crear un procesador de grafeno y que la industria cambie de la noche a la mañana. Esto es un primer paso para ese futuro que, sin embargo, tardará tiempo en llegar. Lo que es alentador es que dos universidades de dos potencias mundiales en conflicto sigan colaborando para mejorar la tecnología existente.

Imagen de portada | Samsung

Diagrama de las bandas | Tim Starling

Vía | Xataka México

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