Un equipo de investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT, por sus siglas en inglés) que estudiaron las propiedades de un material ampliamente investigado en el mundo, el grafeno bicapa, encontraron la forma de crear un nuevo tipo de dispositivos electrónicos, informó el Ministerio de Ciencia y Educación Superior a Sputnik.

Se trata de interruptores de alta velocidad y bajo consumo energético, sensores químicos y biológicos, así como detectores de radiación que no podrían crearse con semiconductores convencionales.

La base de toda la electrónica semiconductora moderna es la llamada unión p-n, la interfaz entre dos semiconductores de diferentes tipos de conductividad. Para los electrones, esta unión constituye una barrera energética. La presencia de una barrera de paso para los electrones en una unión p-n determina su función principal en la electrónica: es una unión unidireccional y la corriente solo puede fluir en ella con una polaridad de la tensión aplicada.

En la década de 1960 se descubrió que las uniones p-n también pueden transportar corriente por efecto del tunelaje cuántico, es decir, por la fuga de electrones a través de la barrera de energía. Estos dispositivos, los diodos túnel, se utilizaron en electrónica de baja potencia.

No se puede prescindir de nuevos materiales en los que los electrones no encuentren obstáculos en su camino. Uno de esos materiales resultó ser el grafeno bicapa, una modificación bidimensional del carbono formada por dos capas de grafeno muy próximas entre sí.

Pero el mecanismo del flujo de corriente en las uniones p-n basadas en el grafeno bicapa no está claro desde hace tiempo. Los científicos del laboratorio de optoelectrónica bidimensional del Centro de Fotónica y Materiales Bidimensionales del MIPT lograron responder a esta pregunta. En sus experimentos, llegaron a la conclusión de que en este material domina la conductividad de tipo túnel cuántico.

“La situación que hemos descubierto resulta muy prometedora para la electrónica. En primer lugar, en el grafeno tenemos una gran movilidad de electrones, lo que permite crear dispositivos semiconductores rápidos. En segundo lugar, tenemos la naturaleza túnel del transporte y esto da la posibilidad de controlar las corrientes a bajos voltajes, es decir, la eficiencia energética. Esta combinación de velocidad y eficiencia energética no podría lograrse en la electrónica basada en materiales semiconductores ‘clásicos'”, afirma Dmitri Svintsov, jefe del Laboratorio de Optoelectrónica Bidimensional del MIPT.

Según los autores del trabajo, descubrieron que el efecto, entre otras cosas, es importante para la introducción del grafeno bicapa en la electrónica digital: el efecto túnel en el grafeno bicapa no solo detectará la radiación sino también trazas de compuestos químicos y biológicos, es decir, actuará como un sensor químico y biológico sensible.

Este trabajo ha contado con una subvención de la Fundación Científica Rusa y del Ministerio de Educación y Ciencia de Rusia. Los resultados se publicaron en la prestigiosa revista científica internacional Nano Letters.

Sputnik