Por primera vez, los físicos han construido nanomáquinas de grafeno confiables y eficientes que pueden fabricarse en chips de silicio. Podrían llevar a una miniaturización aún mayor.

Es probable que posea un dispositivo microelectromecánico, probablemente docenas de ellos. Estos dispositivos llenan el mundo moderno. Posibilitan los acelerómetros en los teléfonos inteligentes, los micrófonos en las computadoras portátiles y los micromirrores en los proyectores digitales, entre otros.

Por lo general, son de unos pocos micrómetros de tamaño, pequeños para cualquier estándar. Pero los científicos e ingenieros los quieren aún más pequeños, en la escala nanométrica, si es posible. En ese tamaño, estas máquinas pueden funcionar como simples conmutadores en dispositivos de memoria y lógica, lo que aumenta la posibilidad de dispositivos de procesamiento de datos más potentes y eficientes.

Estas micromáquinas son generalmente talladas en chips de silicio. Pero a medida que se hacen más pequeños, los interruptores de silicio se vuelven menos eficientes porque pierden corriente cuando están apagados. Una mejor opción es un interruptor de grafeno, que es fácil de tallar en una escala nanométrica y relativamente sencillo de incorporar en chips de silicio convencionales. Tampoco pierde corriente cuando está apagado.

Pero hay un problema. Cuando el grafeno toca el silicio, tiende a pegarse rápidamente. Imagine un interruptor que consiste en una barra de grafeno flexible que forma un circuito cuando la barra toca un electrodo de silicio. Si la barra se pega al electrodo, no se puede volver a apagar.

Este problema se conoce como stiction. Y a pesar de una importante inversión financiera en la investigación del grafeno por parte de los gobiernos de todo el mundo, nadie ha encontrado una buena manera de resolverlo.

Ingrese a Kulothungan Jothiramalingam en el Instituto Superior de Ciencia y Tecnología de Japón y sus colegas, que han encontrado una solución. Usándolo, han creado dispositivos nanoelectromecánicos basados ​​en grafeno que pueden actuar como interruptores e incluso como puertas lógicas.

Su método es sencillo. Cubren un chip de silicio con grafeno nanocristalino, que se adhiere rápidamente a la superficie. Luego lo cubren con una capa de hidrógeno silsesquioxano, que actúa como una resistencia y puede ser tallada en varias formas. Encima de esto colocan otra capa de grafeno.

El truco consiste en tallar la capa superior de grafeno en una forma de barra que esté anclada en ambos extremos por electrodos. Luego, retiran la capa de silsesquioxano de hidrógeno debajo de la parte de la barra de grafeno para dejarla suspendida sobre la capa de grafeno.

Doblar esta barra es simple. Una diferencia de potencial entre las capas crea una fuerza que dobla la barra hacia el chip. Cuando toca esta superficie inferior, forma un circuito, un proceso que se puede explotar para la lógica y para el almacenamiento de datos.

Ese es el interruptor. Y debido a que las dos superficies que entran en contacto son ambas de grafeno, no hay ninguna tesis. Desactivar la diferencia de potencial libera la barra, que vuelve a su posición original.

Jothiramalingam y compañía utilizaron este enfoque para construir una variedad de nano-switches de prueba de principio, que incluyen interruptores simples y una matriz. Dicen que los dispositivos funcionan bien con voltajes bajos de solo 1.5 voltios y que, en el estado apagado, hay muy pocas fugas de corriente porque las barras de grafeno están bien aisladas de otras capas conductoras.

Sin embargo, hay algunos desafíos. Por ejemplo, la forma y el tamaño del haz de grafeno y su distancia desde la capa inferior deben optimizarse para lograr un cambio confiable. Pero esto debería ser un problema de ingeniería sencillo.

Una vez resuelto, se hacen posibles dispositivos más complejos. El equipo ha diseñado una gama de conmutadores más complejos que incluyen una compuerta lógica AND y un conmutador de tres terminales en los que colocan tres capas de grafeno una encima de la otra, separadas por una capa aislante de hidrógeno silsesquioxano.

Ese es un trabajo interesante con el potencial de hacer que los dispositivos nanoelectromecánicos sean aún más pequeños, basados ​​en la promesa del material maravilloso que es el grafeno.

Ref: arxiv.org/abs/1901.07754 : Apilamiento de grafeno nanocristalino para aplicaciones de actuadores nanoelectromecánicos (NEM)