“Nanotubos y grafeno han desvelado unas propiedades ...
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1 Especial SERVICIOS Lunes, 11 de marzo de 2011 ICN: Creadores de una dimensión con infinitas posibilidades ¿Qué es el grafeno? JP- El grafeno es una estructura plana de una sola lamina de átomos de carbono es- tructurados en una red cristalina en forma de panal de abeja mediante enlaces sp2. Fue aislado en el año 2004 por A. Geim y K. Novoselov, quienes recibieron el Premio Nobel de Física del pasado 2010 por sus re- volucionarios descubrimientos sobre este material. ¿Qué son los nanotubos de carbono? SR- El descubrimiento de los nanotubos de carbono se produjo en Japón hace un par de décadas, pero la entrada en escena más re- ciente del grafeno está motivando una activi- dad científica muy frenética y una gran ex- pectación tecnológica, puesto que ahora los nanotubos se pueden ver como una banda de grafeno enrollada en forma cilíndrica cuyo diámetro puede llegar a ser de 1 nanómetro. ¿Qué supone esto desde el punto de vista electrónico? SR- A nivel electrónico, nanotubos y grafe- no han desvelado unas propiedades espec- taculares, como una altísima movilidad de portadores superior a la de otros tipos de material semiconductor, como por ejemplo el silicio, y una muy baja resisitividad. Por otra parte, estos materiales tienen propie- dades idóneas para ser utilizados como componentes en circuitos integrados, a la manera de un canal en transistores de efec- to de campo (FET). ¿Es complicado manejar nanotubos y grafeno? JP- La dificultad a la hora de utilizar nanotu- bos proviene del desafío que representa una integración masiva de billones de nano- tubos para construir circuitos electrónicos, pero el grafeno abre nuevas perspectivas si logramos optimizar el proceso de creci- miento epitaxial o por catálisis química. Por ello, los investigadores están estudiando procedimientos como la transferencia de hojas de grafeno desde el grafito (exfolia- ción) o el crecimiento epitaxial, como es la grafitización térmica de la superficie del carburo de silicio. Pero, más allá de la inte- gración del material, está el diseño de dis- positivos cuánticos con propiedades iguales o superiores a los componentes basados en tecnología silicio. ¿Se puede potenciar el uso de estos materiales en el campo de la nanoe- lectrónica? SR- Un estudio reciente de simulación cuántica ha abierto nuevas perspectivas pa- ra incrementar los beneficios de las propie- dades electrónicas específicas del grafeno, resolviendo al mismo tiempo las limitacio- nes de las tecnologías de integración CMOS actuales para potenciar el uso de estos ma- teriales en el terreno de la nanoelectrónica. Se demostró que si usamos grafeno dopado químicamente, podemos generar un gap de movilidad hasta de 1 electronvoltio debido a los efectos de retrodifusión inherentes al grafeno con impurezas. Este gap permitiría usar “nanoribbons” o bandas de grafeno de anchura por encima de los 10 nanómetros, pero con un alto control del nivel de co- rriente electrones/huecos que fluyen por el canal de dispositivo. ¿Cómo están abordando estas cuestio- nes desde el ICN? JP- Contamos con algunos de los investiga- dores más importantes del mundo en estas materias, por lo que estamos a la vanguar- dia científica en lo que respecta al grafeno. El grupo de A. Bachtold (ICN) ha investiga- do las oscilaciones mecánicas de nanotubos de carbono suspendidos, funcionando a la vez en régimen de transistor a un electrón, demostrando el fuerte acoplamiento elec- tromecánico del sistema. También, recien- temente, se han fabricado osciladores de grafeno con el mayor factor de calidad obte- nido hasta la fecha, lo que abre perspectivas de aplicaciones derivadas de la detección de masa a nivel atómico o de la medida de fuerzas ultrasensibles. Además, el ICN ha empezado a investigar propiedades de grafeno nanoestructurado o fabricación de cristales fonónicos, el poten- cial del grafeno en espintrónica, así como la funcionalización química, con perspectivas de aplicación en campos como la biotecnolo- gía y la medicina. “Nanotubos y grafeno han desvelado unas propiedades espectaculares” JORDI PASCUAL Director del Institut Català de Nanotecnologia (ICN) STEPHAN ROCHE Prof. ICREA. Institut Català de Nanotecnologia (ICN) ENTREVISTA Dispositivo de grafeno en una estación de puntas (Grupo de A. Bachtold, ICN) Esquema de un dispositivo electrónico usando grafeno como plataforma de detección molecular (diseño C. Gomes da Rocha, TU-Dresden) Más información www.icn.cat - [email protected] El ICN atrae talento de todo el mun- do. Actualmente el 50% de las más de 100 personas del instituto son de ori- gen extranjero. Los grupos de investi- gación cubren una amplia diversidad de campos, desde la teoría de trans- porte de variables de estado, la mani- pulación y espectroscopia atómica, el estudio de propiedades físicas de las nanoestructuras (nanoelectrónica, espintrónica, nanofotónica, nanofonó- nica, nanomagnetismo), hasta la sín- tesis y funcionalización de nanopartí- culas, el encapsulado de agentes quí- micos y el desarrollo de nanosensores y nanobiosensores. A fin de hacer llegar la nanotecnolo- gía a la industria y la sociedad, se des- arrollan métodos de producción y aná- lisis de productos nano, creando opor- tunidades de comercialización y ofre- ciendo formación a investigadores y técnicos. Junto con el CSIC-ICMM en Madrid, el ICN está involucrado en la creación de una red nacional, el Programa Gra- feno Español, así como en la acción pi- loto europea del "Graphene Flagship" (www.graphene-flagship.eu) Nanoislas de grafeno (Grupo de P. Gambardella, ICN) Dispositivo de grafeno suspendido con seis contactos metálicos
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1Especial SERVICIOSLunes, 11 de marzo de 2011
ICN: Creadores de una dimensión coninfinitas posibilidades
¿Qué es el grafeno?JP- El grafeno es una estructura plana deuna sola lamina de átomos de carbono es-tructurados en una red cristalina en formade panal de abeja mediante enlaces sp2.Fue aislado en el año 2004 por A. Geim y K.Novoselov, quienes recibieron el PremioNobel de Física del pasado 2010 por sus re-volucionarios descubrimientos sobre estematerial.
¿Qué son los nanotubos de carbono?SR- El descubrimiento de los nanotubos decarbono se produjo en Japón hace un par dedécadas, pero la entrada en escena más re-ciente del grafeno está motivando una activi-dad científica muy frenética y una gran ex-pectación tecnológica, puesto que ahora losnanotubos se pueden ver como una bandade grafeno enrollada en forma cilíndrica cuyodiámetro puede llegar a ser de 1 nanómetro.
¿Qué supone esto desde el punto devista electrónico?SR- A nivel electrónico, nanotubos y grafe-no han desvelado unas propiedades espec-
taculares, como una altísima movilidad deportadores superior a la de otros tipos dematerial semiconductor, como por ejemploel silicio, y una muy baja resisitividad. Porotra parte, estos materiales tienen propie-dades idóneas para ser utilizados comocomponentes en circuitos integrados, a lamanera de un canal en transistores de efec-to de campo (FET).
¿Es complicado manejar nanotubos ygrafeno?JP- La dificultad a la hora de utilizar nanotu-bos proviene del desafío que representauna integración masiva de billones de nano-tubos para construir circuitos electrónicos,pero el grafeno abre nuevas perspectivas silogramos optimizar el proceso de creci-miento epitaxial o por catálisis química. Porello, los investigadores están estudiandoprocedimientos como la transferencia dehojas de grafeno desde el grafito (exfolia-ción) o el crecimiento epitaxial, como es lagrafitización térmica de la superficie delcarburo de silicio. Pero, más allá de la inte-gración del material, está el diseño de dis-positivos cuánticos con propiedades igualeso superiores a los componentes basados entecnología silicio.
¿Se puede potenciar el uso de estosmateriales en el campo de la nanoe-lectrónica?SR- Un estudio reciente de simulacióncuántica ha abierto nuevas perspectivas pa-ra incrementar los beneficios de las propie-dades electrónicas específicas del grafeno,resolviendo al mismo tiempo las limitacio-
nes de las tecnologías de integración CMOSactuales para potenciar el uso de estos ma-teriales en el terreno de la nanoelectrónica.Se demostró que si usamos grafeno dopadoquímicamente, podemos generar un gap demovilidad hasta de 1 electronvoltio debido alos efectos de retrodifusión inherentes algrafeno con impurezas. Este gap permitiríausar “nanoribbons” o bandas de grafeno deanchura por encima de los 10 nanómetros,pero con un alto control del nivel de co-rriente electrones/huecos que fluyen por elcanal de dispositivo.
¿Cómo están abordando estas cuestio-nes desde el ICN?JP- Contamos con algunos de los investiga-dores más importantes del mundo en estasmaterias, por lo que estamos a la vanguar-dia científica en lo que respecta al grafeno.El grupo de A. Bachtold (ICN) ha investiga-do las oscilaciones mecánicas de nanotubosde carbono suspendidos, funcionando a lavez en régimen de transistor a un electrón,demostrando el fuerte acoplamiento elec-
tromecánico del sistema. También, recien-temente, se han fabricado osciladores degrafeno con el mayor factor de calidad obte-nido hasta la fecha, lo que abre perspectivasde aplicaciones derivadas de la detecciónde masa a nivel atómico o de la medida defuerzas ultrasensibles. Además, el ICN ha empezado a investigarpropiedades de grafeno nanoestructurado ofabricación de cristales fonónicos, el poten-cial del grafeno en espintrónica, así como lafuncionalización química, con perspectivasde aplicación en campos como la biotecnolo-gía y la medicina.
“Nanotubos y grafeno han desveladounas propiedades espectaculares”JORDI PASCUALDirector del Institut Català de Nanotecnologia (ICN)
STEPHAN ROCHEProf. ICREA. Institut Català de Nanotecnologia (ICN)
ENTREVISTA
Dispositivo de grafeno en una estación de puntas (Grupo de A. Bachtold, ICN)
Esquema de un dispositivo electrónico usando grafeno como plataforma de detección molecular (diseño C. Gomes da Rocha, TU-Dresden)
Más informaciónwww.icn.cat - [email protected]
El ICN atrae talento de todo el mun-do. Actualmente el 50% de las más de100 personas del instituto son de ori-gen extranjero. Los grupos de investi-gación cubren una amplia diversidadde campos, desde la teoría de trans-porte de variables de estado, la mani-pulación y espectroscopia atómica, elestudio de propiedades físicas de lasnanoestructuras (nanoelectrónica,espintrónica, nanofotónica, nanofonó-nica, nanomagnetismo), hasta la sín-tesis y funcionalización de nanopartí-culas, el encapsulado de agentes quí-micos y el desarrollo de nanosensoresy nanobiosensores. A fin de hacer llegar la nanotecnolo-
gía a la industria y la sociedad, se des-arrollan métodos de producción y aná-lisis de productos nano, creando opor-tunidades de comercialización y ofre-ciendo formación a investigadores ytécnicos. Junto con el CSIC-ICMM en Madrid,
el ICN está involucrado en la creaciónde una red nacional, el Programa Gra-feno Español, así como en la acción pi-loto europea del "Graphene Flagship"(www.graphene-flagship.eu)
Nanoislas de grafeno(Grupo de P. Gambardella,ICN)
Dispositivo de grafeno suspendido con seiscontactos metálicos
