Fabricantes de “piezas de Lego” con grafeno en busca de dispositivos a la carta

Enrique Diez, Vito Clerico y Juan Andres Gonzalez (de izquierda a derecha)
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Investigadores del área de nanotecnología de la Universidad de Salamanca son pioneros en España en la fabricación de heteroestructuras de grafeno, mezclando este novedoso material con otros

José Pichel Andrés/DICYT La sala blanca del Edificio de I+D+i ofrece un nuevo mundo de posibilidades a los investigadores del área de nanotecnología de la Universidad de Salamanca. Tras años trabajando con grafeno, el equipo liderado por Enrique Diez se ha convertido en la actualidad en pionero a nivel nacional en un nuevo campo, las llamadas heteroestructuras de grafeno, que se basan en la unión de este novedoso material con otros, como si fueran “piezas de Lego”, lo que abre la puerta a la producción de dispositivos a la carta, con propiedades extraordinarias y prometedoras aplicaciones tecnológicas.
El grafeno es un nuevo material que se caracteriza por estar compuesto por una sola lámina de átomos de carbono colocados en forma de panal de abejas y esta característica permite fabricar dispositivos con propiedades extraordinarias. Aunque aún están en desarrollo, los ejemplos más habituales son los de pantallas flexibles, baterías de larga duración u ordenadores más rápidos. Sin embargo, hay otros materiales que también son bidimensionales y que pueden ser el complemento perfecto para sus posibles aplicaciones.
La idea es fabricar no sólo grafeno, sino “uniones de capas monoatómicas, mezclándolo con otros materiales, como el nitruro de boro hexagonal”, comenta Enrique Diez en declaraciones a DiCYT. Son una especie de sándwiches o “piezas de Lego que podemos ir apilando” y que pueden mejorar las características de los dispositivos del futuro. Por ejemplo, “el nitruro de boro hexagonal protege al grafeno, lo mantiene con características puras durante mucho más tiempo, su movilidad y sus prestaciones electrónicas mejoran enormemente”.
Recientemente, estos investigadores de la Universidad de Salamanca han publicado destacados trabajos sobre estas heteroestructuras. “Somos uno de los pocos grupos de España que las está fabricando y caracterizando”, destaca el experto.
De hecho, el equipo ha conseguido definir un sistema para fabricarlas, lo cual no es nada sencillo por las reducidísimas dimensiones que tienen, en la escala de los nanómetros (la milmillonésima parte del metro).
Se trata de poder manipularlas físicamente y de que no queden burbujas entre unas capas y otras. Por el momento, los científicos han conseguido unir hasta tres capas y su próximo objetivo es llegar a cinco. A medida que se añaden láminas, la complejidad y la posibilidad de que aparezcan defectos se incrementan.
El resultado de esta hibridación del grafeno puede ser espectacular. Por una parte, una de sus limitaciones es que aún no se ha conseguido producir de forma masiva con una calidad suficientemente alta y esta línea de investigación incide en ello. Por otra parte, acerca la posibilidad de fabricar “materiales a la carta” con resultados a día de hoy casi inimaginables. Por ejemplo, en colaboración con la profesora Mercedes Velázquez, del Departamento de Química Física “vamos a comenzar a trabajar en la absorción de CO2”, adelanta Enrique Diez.
Además, una vez desarrollado el proceso, no sólo sirve para manipular grafeno, sino para cualquier material que esté formado por capas de átomos apilados a los que se llama materiales bidimensionales . “Podremos fabricar materiales artificiales que no existen en la naturaleza, en grafeno ya se lleva trabajando muchos años, pero en otros está todo por hacer”, comenta el investigador.

 

Sala blanca
Para realizar este trabajo es imprescindible contar con el equipamiento adecuado, no sólo los instrumentos de microscopía más avanzada para poder manipular los materiales a escala nanométrica, sino también el único tipo de laboratorio que permite hacerlo: una sala blanca, también llamada sala limpia. “Es un área clasificada que permite controlar el número de partículas, la temperatura, la humedad y las presiones”, señala el científico.

 

Aunque este tipo de instalaciones ya son habituales en muchos sectores, por ejemplo, la industria alimentaria y la farmacéutica, las características de una sala blanca de nanoelectrónica son especiales. “Casi todas funcionan con una presión menor que la del exterior, para impedir que se escapen materiales”, por ejemplo, virus o bacterias en el caso de la investigación biológica. Por el contrario, “en electrónica tienen una presión mayor y tenemos que vestirnos con trajes especiales no para protegernos sino para no introducir partículas”.
Sólo de esta manera se pueden fabricar dispositivos nanoelectrónicos, un trabajo que tiene tres etapas. En primer lugar, los investigadores hacen crecer el material desde cero, por ejemplo, el grafeno. En segundo lugar, se procesa, es decir, le dan forma para crear un transistor, un chip u otros dispositivos. Finalmente, se caracteriza y se encapsula para insertarlo en un circuito.
Antes de contar con la sala limpia, “no podíamos fabricar ni procesar, teníamos que viajar a instalaciones de Madrid o Barcelona, donde disponíamos de muy poco tiempo y nuestro avance era muy lento”, comenta el investigador. Ahora la situación se ha invertido, no sólo se han multiplicado las posibilidades que tiene este grupo de investigación de desarrollar nuevas líneas de investigación, sino que sus magníficas instalaciones están a disposición de otros científicos que puedan necesitarlas.
 

Referencias bibliográficas
 

Critical point for the canted antiferromagnetic to ferromagnetic phase transition at charge neutrality in bilayer graphene. C. Cobaleda, S. Pezzini, E. Diez, V. Bellani. Physical Review B 90, 121404(R) (2014)

 

Temperature- and density-dependent transport regimes in a h-BN/bilayer graphene/h-BN heterostructures. C. Cobaleda, S. Pezzini, E. Diez, V. Bellani. Physical Review B 89, 121404(R) (2014)
Percolation transitions in bilayer graphene encapsulated by hexagonal boron nitride
C. Cobaleda, S. Pezzini, A. Rodríguez, E. Diez, V. Bellani. Physical Review B 90, 161408(R) (2014)

 

Superconducting properties in tantalum decorated three-dimensional graphene and carbon structures. C. Cobaleda, X.Xiao, D. B. Burckel, R. Polsky,D. Huang, E. Diez, W. Pan 12 / 20 Applied Physics Letters 105, 053508

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