Si sigue muchos círculos tecnológicos, habrá visto que el grafeno (una capa superfina de carbono dispuesta de tal manera que tiene propiedades eléctricas que rozan lo milagroso) aparece bastante en las noticias, recibiendo elogios por su conductividad eléctrica masivamente fluida y sus posibles aplicaciones en varias tecnologías diferentes. De lo que no se ha oído hablar mucho es de la parte fea del grafeno: es imposible construir transistores semiconductores a partir de este material tal y como está ahora, ya que no tiene una brecha de banda eléctrica de la que hablar. Si eso suena confuso, no pasa nada. Para eso está este artículo.

¿Band Gap? ¿Qué es eso?

Un hueco de banda es un pequeño espacio entre una banda de conducción y una banda de valencia que nos indica a qué nivel fluye realmente la corriente entre las dos. Es como un pequeño guardián que mantiene la carga eléctrica en un espacio hasta que se “apaga”. Prácticamente todos los chips de los ordenadores están hechos de un material semiconductor, lo que significa que tiene un espacio de banda moderado que hace que no conduzca la electricidad tan fácilmente ni rechace toda carga eléctrica. Esto tiene que ver con la estructura molecular básica, por lo que hay bastante química implicada en la construcción de un chip.

Existen brechas de banda muy grandes en materiales como el caucho, que se resiste tanto a las corrientes eléctricas que preferiría incendiarse antes que retener la carga. Por eso se utiliza el caucho para aislar los hilos del interior de los cables. Los materiales con una brecha de banda insignificante se conocen como conductores, mientras que los que no tienen prácticamente ninguna brecha de banda se conocen como superconductores.

Hoy en día, la mayoría de los chips están hechos de silicio, que es un semiconductor muy resistente y fiable. Recuerde que 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 deje de suministrarla.

¿Por qué el grafeno no es bueno para construir chips?

Como he mencionado antes, el grafeno es un conductor de electricidad extremadamente eficiente, pero no mucho más que eso. Puede impulsar una carga a una velocidad increíble, pero no puede retenerla. En un sistema binario es necesario retener los datos para que los programas que se ejecutan no se cierren al instante de abrirse. En un chip de memoria RAM, por ejemplo, es importante asegurarse de que los datos que hay en su interior puedan permanecer y seguir siendo legibles en un futuro previsible. Cuando un transistor está en estado “on”, registra un “1”. En estado “apagado”, registra un “0”. Un superconductor sería incapaz de “apagarse” porque la diferencia entre el voltaje de “encendido” y el de “apagado” es muy pequeña (debido a la diminuta brecha de banda que he mencionado antes).

Esto no quiere decir que el grafeno no tenga cabida en un ordenador moderno. Sin duda, podría utilizarse para transmitir información de un punto a otro con rapidez. Además, si se complementa con otra tecnología, es posible que veamos el grafeno utilizado en transistores en algún momento del futuro. La industria deberá decidir si es una inversión eficiente de capital.

Hay otro material

Uno de los problemas del silicio es su inflexibilidad cuando se trabaja en superficies ultrafinas. Un trozo de silicio sólo puede afilarse hasta cierto punto para que sea funcional. Por eso exploramos el uso del grafeno en primer lugar (tiene un solo átomo de grosor). Como el grafeno no puede resultar prometedor sin invertir montones de dinero en su desarrollo, los científicos empezaron a probar otros materiales, uno de los cuales es el trisulfuro de titanio (TiS3). Este material no sólo tiene la capacidad de funcionar incluso con el grosor de una sola molécula, sino que además tiene una brecha de banda muy similar a la del silicio.

Las implicaciones de este hecho son de gran alcance para los productos tecnológicos en miniatura que contienen una gran cantidad de hardware en un espacio muy limitado. Los materiales más finos también disiparán el calor de forma más eficiente, lo que los hace favorables para los grandes ordenadores de alto consumo energético.