Electrónica de grafeno sin grafeno, más barata y flexible

La gran promesa del grafeno, como supermaterial del futuro, es su capacidad para conducir electricidad en láminas de apenas el grosor de un átomo. Eso abre la puerta a pantallas ultraligeras y flexibles, además de otros componentes electrónicos que actualmente dependen del silicio. El problema de desarrollarlos con grafeno, entre otros, es su coste. El silicio, en cambio, es uno de los materiales más abundantes del planeta.

Ahora los ingenieros de MIT han desarrollado una técnica para fabricar películas semiconductoras ultrafinas hechas de una gran cantidad de materiales exóticos distintos del silicio. Para demostrar su técnica, los investigadores fabricaron películas flexibles hechas de arseniuro de galio, nitruro de galio y fluoruro de litio, materiales que exhiben un mejor rendimiento que el silicio, pero hasta ahora han sido prohibitivamente costosos de producir en dispositivos funcionales.

La nueva técnica, dicen los investigadores, proporciona un método rentable para fabricar electrónica flexible hecha de cualquier combinación de elementos semiconductores, que podría funcionar mejor que los dispositivos actuales basados ​​en silicio.

"Hemos abierto una forma de hacer electrónica flexible con tantos sistemas de materiales diferentes, aparte del silicio", dice Jeehwan Kim, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia e Ingeniería de Materiales. Kim prevé que la técnica se puede utilizar para fabricar dispositivos de bajo costo y alto rendimiento, como celdas solares flexibles y computadoras portátiles y sensores.

El grafeno invisible

En 2017, Kim y sus colegas idearon un método para producir "copias" de materiales semiconductores caros utilizando grafeno. Es algo parecido a usar el antiguo papel de carboncillo para hacer calcos de copias. Descubrieron que cuando apilaban grafeno sobre una oblea pura y costosa de material semiconductor como el arseniuro de galio, luego fluían átomos de galio y arseniuro sobre la pila, de manera que el grafeno intermedio resultava invisible o transparente. Como resultado, los átomos se reunieron en el patrón preciso, formando una copia exacta que luego podría ser fácilmente desprendida de la capa de grafeno, que actuaba como ese papel autocopiante.

La técnica, que llaman "epitaxia remota", proporcionó una forma asequible de fabricar múltiples películas de arseniuro de galio, utilizando solo una costosa oblea subyacente.

Intentaron aplicar epitaxia remota al silicio y también al germanio, dos semiconductores económicos, pero encontraron que cuando fluían estos átomos sobre el grafeno no podían interactuar con sus respectivas capas subyacentes. Era como si el grafeno, previamente transparente, se volviera repentinamente opaco, impidiendo que los átomos de silicio y germanio "vieran" a los átomos del otro lado.

Da la casualidad de que el silicio y el germanio son dos elementos que existen dentro del mismo grupo de la tabla periódica de elementos. Se dieron cuenta de que era una cuestión de polaridad. "Esto nos dio una pista", dice Kim.

Esta diferencia de carga, o polaridad, puede haber ayudado a los átomos a interactuar a través del grafeno como si fuera transparente, y a copiar el patrón atómico subyacente.

Encontraron que cuanto mayor es el grado de polaridad, más fuerte es la interacción atómica, incluso, en algunos casos, a través de múltiples hojas de grafeno. De esa manera tuvieron acceso a una verdadera técnica de fotocopiado de materiales sin casi límites.