Si sigues muchos círculos tecnológicos, es posible que hayas visto que el grafeno (una capa súper delgada de carbono dispuesta de tal manera que tiene propiedades eléctricas que rozan lo milagroso) aparece bastante en las noticias, recibiendo aplausos por su capacidad masiva. conductividad eléctrica de fluidos y posibles aplicaciones en varias tecnologías diferentes. De lo que no ha oído hablar mucho es de la parte fea del grafeno: es imposible construir transistores semiconductores a partir del material tal como está ahora, ya que no tiene una brecha de banda eléctrica de la que hablar. Si eso suena confuso, está bien. ¡Para eso es este artículo!
¿Brecha de banda? ¿Que es eso?
Una brecha de banda es un pequeño espacio entre una banda de conducción y una banda de valencia que nos dice a qué nivel fluirá realmente la corriente entre las dos. Es como un pequeño guardián que mantiene una carga eléctrica en un espacio hasta que se “apaga”. Prácticamente todos los chips de las computadoras están hechos de un material semiconductor, lo que significa que tiene una banda prohibida moderada que hace que no conduzca la electricidad tan fácilmente ni rechace todas las cargas eléctricas. Esto tiene que ver con la estructura molecular básica, por lo que hay bastante química involucrada en la construcción de un chip.
Existen espacios de banda muy grandes en materiales como el caucho, que resistirá tanto las corrientes eléctricas que preferiría incendiarse antes que retener la carga. Es por eso que usa caucho para aislar los cables dentro de los cables. Los materiales con una banda prohibida insignificante se conocen como conductores, mientras que los que prácticamente no tienen banda prohibida se conocen como superconductores.
Hoy en día, la mayoría de los chips están hechos de silicio, que sirve como un semiconductor muy resistente y fiable. Recuerde, necesitamos semiconductores que puedan encenderse y apagarse rápidamente a voluntad, no superconductores, que perderán la carga que se les dio en el momento en que la banda ya no la suministre.
¿Por qué el grafeno no es bueno para construir chips?
Como mencioné anteriormente, el grafeno es un conductor de electricidad extremadamente eficiente, pero nada más que eso. Puede empujar una carga a una velocidad increíble, pero no puede retenerla. En un sistema binario, es posible que deba retener datos para que sus programas en ejecución no se cierren en el instante en que se abren. Es importante en un chip de RAM, por ejemplo, asegurarse de que los datos que contiene puedan permanecer en su lugar y seguir siendo legibles en el futuro previsible. Cuando un transistor está en el estado «encendido», registra un «1». En un estado «apagado», registra un «0». Un superconductor no podría «apagarse» porque la diferencia entre el voltaje «encendido» y «apagado» es muy pequeña (debido a la pequeña brecha de banda que mencioné anteriormente).
Eso no quiere decir que el grafeno no tenga un lugar en una computadora moderna. Sin duda podría servir para entregar información de un punto a otro rápidamente. Además, si se complementa con otra tecnología, posiblemente podríamos ver el grafeno utilizado en transistores en algún momento en el futuro. Depende de la industria decidir si eso sería una inversión eficiente de capital.
¡Hay otro material!
Uno de los problemas del silicio es su rigidez cuando se trabaja en superficies ultrafinas. Una pieza de silicio solo podía afeitarse tan delgada como para que fuera funcional. Es por eso que estábamos explorando el uso de grafeno en primer lugar (tiene un solo átomo de espesor). Dado que el grafeno puede no resultar prometedor sin invertir montones de dinero en su desarrollo, los científicos comenzaron a probar otros materiales, uno de los cuales es trisulfuro de titanio (TiS3). El material no solo tiene la capacidad de funcionar incluso con el grosor de una sola molécula, sino que también tiene una banda prohibida muy similar a la del silicio.
Las implicaciones de esto son de gran alcance para los productos de tecnología en miniatura que empaquetan una gran cantidad de hardware en una cantidad de espacio muy limitada. Los materiales más delgados también disiparán el calor de manera más eficiente, lo que los hace favorables para computadoras grandes que consumen mucha energía.
Ahora es su turno de compartir su opinión sobre la búsqueda para reemplazar el silicio. ¡Deja un comentario abajo con tus pensamientos!