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José Antonio Lozano Teruel

Ciencia y Salud

Siliceno, un primo hermano del grafeno

En tan solo siete año el siliceno ha pasado de ser un sueño teórico a constituir la realidad anunciada esta semana de la construcción del primer transistor de siliceno, tal como acaba de hacer la revista Nature nanotechnology, en un  trabajo recién publicado on-line y difundido libremente: http://www.nature.com/articles/nnano.2014.325.epdf?referrer_access_token=y-aExstiSJL0xnu4YddL29RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0ODBjKOYhlv9LvUkheazieOuPEPXDBDar4W3Cq5m7mvHd9HwTwW4EfmLE0PEbPnqDdgMzyhDq7faQyJMnpNpqtg

Hagamos un poco de historia:

En el año 2004 Andre Geim y Konstantin Novoselov anunciaron el aislamiento del grafeno, que es carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en forma de hoja bidimensional de sólo un átomo de espesor, siendo tan ligero que 1 metro cuadrado de grafeno pesa únicamente 0,77 miligramos. Sin embargo es  200 veces más fuerte que el acero pero 5 veces más ligero. Desde entonces las posibilidades y logros del grafeno están impulsando un gran desarrollo industrial de sus aplicaciones.

En el 2007 Lew Lok Yan Voon, un físico teórico del Colegio Militar de Carolina del Sur en Charleston, acuñó el nombre de siliceno para una hipotética estructura similar a la del grafeno, pero con átomos de silicio en lugar de átomos de carbono.

En el 2009 se obtuvieron la primeras nanocintas de siliceno y un año después, en el 2010, se les les concedió el Nobel de Física a Andre Geim y Konstantin Novoselov por su descubrimiento del grafeno.

En el año 2012 hasta seis diferentes grupos de investigación proclamaron haber obtenidos láminas de siliceno, asentadas sobre bases de plata. Sin embargo, dadas las dificultades de la obtención,  hasta hace relativamente poco tiempo muchos científicos dudaban de la existencia real del siliceno.

Si hasta el año 2011 se habían publicado menos de 700 trabajos sobre el siliceno, el interés sobre el mismo ha hecho que los trabajos sobre el mismo se multipliquen y sólo el pasado año las investigaciones superan las cifras de un millar.

 

La obtención de láminas de grafeno coincidió con la constatación de que el grafeno no era apto para la fabricación de transistores. El grafeno puede ser sustancia más conductora del mundo, pero le falta una característica crucial. A diferencia de los semiconductores utilizados en los chips de ordenador, carece de un boquete o “gap” de banda,  el obstáculo de energía que los electrones tienen que superar antes de que puedan llevar una corriente. Los boquetes de banda son los que permiten a los dispositivos con semiconductores encender y apagar y realizar operaciones ‘lógicas’ en bits.

Por el contrario, el siliceno posee un excelente “boquete” de banda, debido a que algunos de sus átomos permiten que algunos de sus electrones posean estados de energía ligeramente diferentes. Por ello, por  el conjunto de sus propiedades permite pensar de este nuevo material que está destinado a revolucionar el mundo de los microcomponentes y el uso del siliceno en circuitos electrónicos podría ser la base de procesadores mucho más veloces que los existentes hoy día.

Sin embargo, hasta ahora, el manejo del siliceno ha sido difícil. El material no puede ser “pelado” en láminas desde un bloque sólido usando cinta adhesiva, como sucede con el grafeno a partir del grafito. Para el siliceno Los investigadores han de partir de vapor caliente de átomos de silicio que se condensen sobre un bloque cristalino de la plata en una cámara de vacío. Además, a diferencia del robusto grafeno, el  siliceno aislado es muy inestable en el aire, lo que dificulta su transferencia para investigar sus aplicaciones.

Pero, recientemente, para obtener el transistor, se resolvió este problema, añadiendo al siliceno depositado sobre la plata una capa de alúmina de 5 nanómetros de espesor. Tras ello se despega este sándwich de siliceno de su base de mica, se le da la vuelta y se sitúa  sobre un sustrato de silicio oxidado. Finalmente, suavemente se elimina parte de la plata superficial superior para dejar una especie de dos islas de metal plata como electrodos, con una tira de siliceno situada entre ellos.

Aunque el rendimiento del dispositivo obtenido, el transistor, es modesto, y su vida operacional es corta, el logro conceptual conseguido es inmenso y tendrá una gran repercusión en todo el mundo de los nanomateriales, por la infinidad de posibilidades futuras que se abren.

Y puede ser que la familia se amplíe en el futuro. Guy Le Lay, es un científico de materiales en la Universidad de Aix-Marseille, en Francia, y ya está planificando un abordaje similar para conseguir lo que sería un nuevo material, el germaneno, con una estructura bidimensional de átomos de germanio.

Más en:

http://www.nature.com/news/graphene-s-cousin-silicene-makes-transistor-debut-1.16839?WT.ec_id=NEWS-20150203#/related-links

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