Un circuito de grafeno rompe la barrera del gigahercio

Escrito por , 24 de junio de 2013 a las 12:00
Un circuito de grafeno rompe la barrera del gigahercio
Innovación

Un circuito de grafeno rompe la barrera del gigahercio

Escrito por , 24 de junio de 2013 a las 12:00

Una investigación italo-estadounidense ha abierto la puerta a la construcción de microprocesadores con grafeno al lograr que un circuito integrado funcione a una frecuencia de 1,28 GHz.

La esperanza del grafeno como material sustituto del silicio se ve frenada por una serie de factores. De los problemas que éstos generan el mayor impedimento es la incapacidad para que funcione un circuito construido con este compuesto, formado por átomos de carbono. Hasta este momento la frecuencia de rendimiento más alta que se había alcanzado era de 50 MHz, un límite irrisorio para las capacidades de procesamiento requeridas hoy en día. Sin embargo, una investigación conjunta entre científicos italianos y estadounidenses ha logrado que un circuito hecho con grafeno rinda a 1,28 GHz, una medida mucho más acorde con los estándares actuales.

El trabajo llevado a cabo por el Politecnico di Milano, encabezado por Roman Sordan, y la Universidad de Illionis, donde su máximo responsable ha sido Eric Pop, ha conseguido crear el primer circuito integrado de grafeno que rompe la barrera del gigahercio. Más importante es si cabe la distancia que separa esta marca de la alcanzada anteriormente. Los 50 MHz que representaban el récord hasta ahora nos retrotraen a los microprocesadores de principios de los años 90. Ni quiera se encontraban dentro del rango de frecuencia llamado de microondas, que va desde los 300 MHz a los 300 GHz.

Los circuitos integrados constituyen una de las partes básicas de cualquier dispositivo electrónico y como tal su rendimiento tiene que estar adaptado a los requisitos del resto del hardware. El tipo más complejo de circuitos integrados quizá sean los microprocesadores, que hacen funcionar desde hornos microondas hasta ordenadores, pasando inexorablemente por smartphones y otro tipo de tecnología móvil.

Precisamente éste es uno de los campos en los que el grafeno podría convertirse en un revulsivo, reduciendo el tamaño de  los dispositivos, aumentando su velocidad e incluso transformando su concepto, dando lugar a terminales flexibles. La potencia de los microprocesadores se mide en GHz. Esta escala de medición está basada en la señal de reloj que emite un cristal de cuarzo al cumplirse un ciclo de un circuito integrado.

Salvando las dificultades

Los microprocesadores de hoy en día funcionan con frecuencias de GHz, incluso en los terminales móviles se está abandonando paulatinamente el escalón de los MHz. La tendencia industrial, apoyada por el auge de los smartphones, es reducir el tamaño de los componentes, entre ellos el de los circuitos integrados. Pero se ha comprobado que el silicio, el material semiconductor más común en estas estructuras, está llegando a su límite físico y será difícil que rinda adecuadamente por debajo de los 10 nanómetros.

gigahercio grafeno

El grafeno, en cambio, debido a su estructura bidimensional y a su flexibilidad es capaz seguir con sus propiedades intactas a esa escala. Pero hasta la fecha no se había logrado un rendimiento aceptable como para que el material fuera tenido en cuenta, a pesar de ser conocidas sus cualidades. Algunos fabricantes de hardware han construido transistores, una pieza imprescindible en los circuitos integrados, que soportan hasta 100 y 300 GHz, como IBM. Pero llevar esta capacidad al conjunto de la estructura es una cuestión muy distinta.

La investigación conjunta, entre el Politecnico di Milano y la Universidad de Illinois, tiene el mérito de haber logrado construir un componente básico para un circuito integrado: los osciladores. “Creemos que nuestro estudio avanza significativamente la investigación en nanomateriales de pocas dimensiones hacia aplicaciones prácticas de alta velocidad, digitales y analógicas, y esperamos que motive futuros trabajos significativos en esta dirección”, comenta Roman Sordan, por parte del centro de Milán.

La fabricación de dispositivos basados en microprocesadores de grafeno abre la puerta a un nuevo salto cualitativo en el sector tecnológico. Los dispositivos podrán ser más pequeños y acumular mayor potencia. Gracias a esto, unido a las propiedades del material, también será posible realizar implantes electrónicos en el cuerpo humano. Hoy en día hay muchas dificultades al respecto porque el silicio es rígido, con lo que causa heridas, y no soporta bien las condiciones del medio, saliendo perjudicadas sus cualidades.

Imagen:  yellowcloud

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