El grafeno podría abanderar la nanotecnología del futuro

En la búsqueda de nuevos materiales que permitan diseños más ligeros y resistentes se ha descubierto que, curiosamente, algunos diminutos defectos en la estructura del grafeno -que es una lámina plana de carbono-, posibilitan algunas aplicaciones innovadoras en la electricidad y magnetismo. Es lo que ha estado analizando un grupo de científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) junto con el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM). Han hallado que los pequeños defectos del grafeno en su estructura posibilitan aplicaciones en el campo del electromagnetismo como en los chips que se utilizan en la computación. El artículo ha sido publicado en la revista internacional Physical Review Letters.

    El grafeno es una familia de átomos de carbono del espesor de un átomo que forma una red hexagonal, como la de un panal de abejas con sus láminas apiladas entre sí. Es una estructura que no se ha conocido hasta hace unos pocos años; el grafito se conoce desde hace varios siglos, después se descubrieron los fullerenos en la década de los 80, más tarde los nanotubos en los 90 y recientemente las láminas de grafeno. En este punto, la comunidad científica apunta a que el candidato más prometedor para sustituir al silicio en los dispositivos electrónicos y chips del futuro será el grafeno o algún material derivado del mismo.

    Este multiforme mecano de carbonos, al enrollarse sobre sí mismo, origina un nanotubo de carbono, que es un cilindro muy pequeño formado por una lámina de grafito de este elemento (las mismas láminas con que están hechos los lápices). Cuando estas estructuras se acoplan lo hacen en forma de cilindros concéntricos que parecen óxido negro y en función de la forma en que se enrosquen estos tubitos van a adquirir unas propiedades eléctricas u otras. Existen muchos tipos de nanotubos en función de como se enrollen; pueden ser en forma de bambú, espiral, de judía (formada por fullerenos -que serían las estructuras de carbono con forma de balones de fútbol- dentro del nanotubo -que haría de vaina-), de ala, etc y cada uno aquiere diferentes propiedades. Estos diminutos filamentos son hasta cien veces más fuertes que el acero y hasta seis veces más ligeros que este. El problema que tienen es que son muy costosos, cuesta producirlos en grandes cantidades y su posible toxicidad aún no está comprobada. Entre sus posibles aplicaciones, los investigadores señalan la aviónica, coches más ligeros, seguros y económicos, pantallas planas para nanotubos, memorias extraíbles hechas de nanotubos para guardar información, células solares, tratamientos contra el cáncer, etc.

A partir del 2004 se comenzaron a realizar los primeros experimentos con grafeno. Este elemento tiene unas propiedades electrónicas especiales que han revolucionado el concepto de la física de materiales en el terreno de la electrónica y la computación. Para que se pueda aplicar el grafeno a los dispositivos electrónicos es importante conocer estos pequeños defectos que tienen. Se han utilizados métodos como la ionización que consiguen variar sus propiedades electrónicas y de movimiento, además de dotarles de magnetismo. Según los cálculos más recientes, la falta de un átomo en la estructura de este material podría originar magnetismo a temperatura ambiente lo que se podría traducir en aplicaciones tecnológicas.

El grupo de especialistas ha utilizado un microscopio de efecto túnel, a baja temperatura (a -269ºC ó 4K) y en condiciones de vacío. Con él han podido observar su superficie a escala atómica e informarse de sus propiedades electrónicas. El microscopio empleado ha sido desarrollado en el laboratorio de Nuevas Microscopías de la UAM y es el único de estas características construido en España. Para estudiar cómo afecta al funcionamiento del grafeno la falta de algunos de sus átomos, los investigadores arrancan deliberadamente algunos de la superficie del grafito para estudiar sus propiedades y con un microscopio de efecto túnel muestran que los átomos sustraídos reducen la movilidad electrónica y generan magnetismo. Gracias a este descubrimiento se podrían crear imanes no metálicos, baratos, flexibles, biocompatibles y los materiales tipo grafeno tendrán futuro en el campo del electromagnetismo o espintrónica.

Esta investigación la han llevado a cabo los investigadores de la UAM Miguel M. Ugeda, Iván Brihuega y José Mª Gómez Rodríguez en colaboración con Francisco Guinea del ICMM.

 

Como curiosidad,  existen también otro tipo de materiales con propiedades peculiares como son los ferrofluidos o elementos ferromagnéticos, que son minerales líquidos que ante la presencia de un campo magnético como un imán se acorazan o toman la forma de un erizo, como el de la imagen inferior. Se utilizan por ejemplo para reducir el rozamiento, en los electroimanes de los coches, para la detección del cáncer o en óptica.

 
 

 

FUENTE

Portal Alphagalileo

http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=76637&CultureCode=es



PARA SABER MÁS

La Nanotecnología. Discovery Channel.




Levitación por superconductividad -levitación magnética