Grafeno

Lámina de grafeno.

El grafeno es una estructura laminar plana, de tan sólo un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados en una rejilla cristalina en forma de panal de abeja. A escala atómica el grafeno puede ser visto como una reja construida por átomos de carbón y sus enlaces.

En el grafeno, la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 1.42 Å. Es el elemento estructural básico de todo los demás elementos grafíticos incluyendo el grafito, los nanotubos de carbón y los fulerenos. Esta estructura también puede considerarse como una molécula aromática inmensamente grande, el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarbones aromáticos policíclicos llamada grafenos.

Este material fue descubierto en la Universidad de Manchester en 2004,​ por los científicos Andre Geim y Kostya Novoselov.​

Propiedades

Entre las propiedades más destacadas de este material se incluyen:

• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Semiconductor
• Red cristalina de alta resistencia (la más resistente descubierta).​

Otras propiedades interesantes desde el punto de vista teórico son las siguientes:

• Los electrones que se trasladan sobre la estructura en nido de abeja, formada por celdas hexagonales con átomos de carbono en los vértices, se comportan como cuasipartículas sin masa. Los llamados fermiones de Dirac. Dichos fermiones se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía (como ocurre con la luz), en este caso a unos $10^{6}\mathrm {m} /\mathrm {s}$. La importancia del grafeno, en este aspecto, consiste en estudiar experimentalmente este comportamiento que había sido predicho teóricamente hace más de 50 años.

• El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados, permitiendo esto medirla con una precisión increíble. Otros semiconductores presentan este efecto a temperaturas muy bajas, pero únicamente el grafeno lo mantiene a temperatura ambiente. Esta propiedad hace de este un semiconductor de extraordinaria calidad. La cuantización implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón).

• Debido a las propiedad anteriores, los electrones del grafeno pueden moverse libremente por toda la lámina y no quedarse aislados en zonas de las que no pueden salir (efecto llamado localización de Anderson, y que es un problema para sistemas bidimensionales con impurezas).

• El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. En enero de 2009, se publicó el descubrimiento de un derivado del grafeno denominado grafano,​ obtenido al añadir un átomo de hidrógeno. Este nuevo cristal, al contrario que el grafeno, posee propiedades aislantes.​

• Soporta la Radiación Ionizante.

• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.

• Cuando se halle la forma de fabricarlo en masa, probablemente sea más barato que la fibra de carbono.

• Resiste temperaturas entre -75 y 200ºC; un rango más amplio que el del silicio.

• Su Consumo de energía será más bajo que el de un chip fabricado en silicio.

Aplicación en electrónica

En Marzo de 2009 el MIT anunció el estudio del uso de grafeno en chips, que podrían alcanzar velocidades de entre 500 y 1000 GHz.​ ​

Enlaces externos

• The Rise of Graphene Un artículo acerca del Grafeno escrito por A.K. Geim y K.S. Novoselov en Nature Materials 6, 183-191 (2007) Inglés.
• Galería de imágenes - Gráfito y Grafeno
• Los electrones pierden su masa en hojas de carbón Physics Web (09-Nov-2005)
• Charlas de la Conferencia Electronic Properties of Graphene(Enero 8-19, 2007)