ELECTROMAGNETISMO y ESTADO SÓLIDO II EL GRAFENO, SUCESOR DEL SILICIO Alumno: Gastón Caino Profesores: Enrique Cingolani, Carlos Valhonrat

EL GRAFENO, SUCESOR DEL SILICIO ¿QUE ES EL GRAFENO? ¿QUÉ LO HACE IMPORTANTE? ESTADO DEL ARTE EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Es una alotropía del carbono. ¿QUE ES EL GRAFENO? Es una alotropía del carbono. El carbono es un elemento químico de número atómico 6. El grafeno es una alotropía del carbono; propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras químicas diferentes Forma el 0,2 % de la corteza terrestre. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

El carbono se presenta como: ¿QUE ES EL GRAFENO? El carbono se presenta como: Hulla, Coque Grafito Diamante Lonsdaleita La hulla, el tipo de carbón más abundante, es una roca sedimentaria orgánica, carbón mineral que contiene entre un 45 y un 85% de carbono .Coque es un combustible logrado por destilación de la hulla EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

El carbono se presenta como: ¿QUE ES EL GRAFENO? El carbono se presenta como: Nanotubo la cual consiste en un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados. El grafeno es una lámina de átomos de carbono de un átomo de espesor Grafeno Fullereno EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Philip Russell Wallace ¿QUE ES EL GRAFENO? Su enlace químico y su estructura se describieron durante la década de 1930, la estructura de bandas electrónicas fue calculada por primera vez por Philip Russell Wallace en 1949. En el 2004 fue aislado por primera vez , en la Universidad de Mánchester El grafeno es una alotropía del carbono; la cual consiste en un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados. Philip Russell Wallace EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Andréy Gueim Y Konstantín Novosiolov ¿QUE ES EL GRAFENO? Andréy Gueim Y Konstantín Novosiolov Universidad de Mánchester, Inglaterra Premio Nobel de Física de 2010 por sus revolucionarios descubrimientos sobre el grafeno. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUE ES EL GRAFENO? Despegando del grafito repetidamente capas con la cinta adhesiva obtuvieron láminas de grafeno. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUÉ LO HACE IMPORTANTE? Propiedades: Autoenfriamiento. Alta conductividad térmica y eléctrica. Alta elasticidad y dureza. Resistencia (200 veces mayor que la del acero). Soporta la radiación ionizante. Es muy ligero, como la fibra de carbono. Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUÉ LO HACE IMPORTANTE? Propiedades: Consume menos electricidad que el silicio. Los electrones se comportan como cuasipartículas sin masa. Son los llamados fermiones de Dirac. Se mueven a una velocidad constante independientemente de su energía , en este caso a unos 106 m/s. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUÉ LO HACE IMPORTANTE? Propiedades: Es casi transparente. Muy denso, ni siquiera el átomo de helio, puede atravesarlo. Reacciona químicamente, cambiando sus propiedades. Tiene una alta movilidad de portadores. Tiene un bajo nivel de ruido. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUE ES EL GRAFENO? Propiedades: El grafeno presenta un efecto llamado efecto Hall cuántico, por el cual la conductividad perpendicular a la corriente toma valores discretos, o cuantizados. Eso implica que la conductividad del grafeno nunca puede ser cero (su valor mínimo depende de la constante de Planck y la carga del electrón). EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUE ES EL GRAFENO? Uno de los problemas de los FET de grafeno era la ausencia de un band gap, conduce incluso si el voltaje en la puerta es cero. Esta brecha de banda se puede crear poniendo dos láminas de grafeno y aplicando un campo eléctrico. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿QUÉ LO HACE IMPORTANTE? La banda de valencia y de conducción son, en efecto cónica en un punto, sin espacio de banda. La introducción de un campo eléctrico perpendicular a las capas crea un espacio de banda. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE El grafeno tiene el potencial para hacer transistores que sean capaces de funcionar a velocidades de los Terahertz El gate puede modular o controlar el flujo de electrones a través de las tiras de grafeno, convirtiendo el dispositivo en un interruptor. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Diodo de grafeno El Department of Electrical Engineering, University of Southern California, fabricó este diodo Schottky hecho con el depósito de grafeno en la parte superior de los sustratos de silicio (abril 2011). El diodo Schottky está constituido por una unión metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unión convencional semiconductor P - semiconductor N. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Tomás Palacios M.I.T. Transistor de efecto de campo de grafeno (el transistor G-FET o  Graphene Field-Effect Transistor) EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

logrados por el arseniuro de galio o el fosfuro de indio hasta ahora. ESTADO DEL ARTE El profesor Xiangfeng Duan (UCLA) ha logrado desarrollar un transistor de grafeno con una frecuencia de hasta 300 GHz, superiores a los logrados por el arseniuro de galio o el fosfuro de indio hasta ahora. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Investigadores del estado de Penn desarrollaron grafeno en obleas de 100 milímetros Usaron sublimación térmica de silicona que elimina el silicio a partir de obleas de carburo de silicio. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

¿Cómo se obtiene grafeno dopado? ESTADO DEL ARTE ¿Cómo se obtiene grafeno dopado? Al calentar el grafeno en una atmósfera con amoniaco, el nitrógeno se pega al borde del grafeno convirtiéndolo en un dador de electrones (tipo n). A temperatura ambiente el grafeno adsorbe moléculas receptoras de electrones (tipo p). EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE . EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE “Aplicando calor (130°C) en áreas concretas del óxido de grafeno hemos construido nanocables con dimensiones hasta 12 nanómetros, incluso podemos hacerlo cuatro veces más conductor. ", Elisa Riedo, profesora en la Escuela de Física en el Instituto de Tecnología de Georgia EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

El primer circuito integrado de grafeno ESTADO DEL ARTE El primer circuito integrado de grafeno IBM fabricó el primer circuito integrado con transistores de grafeno que funciona a 10 giga hertzios y hasta 125 ºC . un mezclador de radiofrecuencia de banda ancha, consiste en un transistor de grafeno y un par de bobinas compactas en su interior integradas en una fina oblea de carburo de silicio (SiC). EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

El circuito integrado de IBM ESTADO DEL ARTE El circuito integrado de IBM EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Modulador óptico de grafeno. ESTADO DEL ARTE Universidad de Berkeley Modulador óptico de grafeno. Una capa se coloca en la parte superior de una guía de onda de silicio (azul). Las señales eléctricas se envían desde el lado del grafeno para alterar la cantidad de fotones que absorbe el grafeno EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Una compuerta lógica CNTFET de IBM ESTADO DEL ARTE Una compuerta lógica CNTFET de IBM EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Circuito Integrado con 12 CNTFETs (oscilador de anillo)de IBM ESTADO DEL ARTE Longitud del CNT =18nm Diámetro del CNT =1nm Circuito Integrado con 12 CNTFETs (oscilador de anillo)de IBM EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Rodney Ruoff de la Universidad de Texas, hizo crecer cuadrados de grafeno, de 1 cm, sobre láminas de cobre. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Al despegar el adhesivo obtuvieron una gran monocapa de grafeno. ESTADO DEL ARTE Jong-Hyun Ahn y Byung Hee Hong de la Universidad Sungkyunkwan, Corea del sur, depositaron grafeno sobre grandes láminas de cobre, añadieron un adhesivo sobre el grafeno y disolvieron el cobre. Al despegar el adhesivo obtuvieron una gran monocapa de grafeno. Byung Hee Hong EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

polyethylene terephthalate (PET) ESTADO DEL ARTE polyethylene terephthalate (PET) La película permite el paso del 90% de la luz EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

La primera pantalla touch de grafeno. ESTADO DEL ARTE The graphene was doped by treating with nitric acid La primera pantalla touch de grafeno. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Samsung, junto a la Universidad Sungkyunkwan, sacará el año que viene las primeras pantallas enrollables, táctiles con circuitos de grafeno EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Este método es simple, verde y rentable. ESTADO DEL ARTE Investigadores de la Universidad Northern Illinois (NIU) produjeron altos rendimientos de grafeno por la quema de magnesio metálico puro en hielo seco. Este método es simple, verde y rentable. Amartya Chakrabarti EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Desenrollando nanotubos. ESTADO DEL ARTE Desenrollando nanotubos. Método de Jiao Kosynkin son tratados con ácido sulfúrico y permanganato potásico (un agente oxidante) a temperatura ambiente, para luego calentarlos entre 55 y 70 °C Método de Kosynkin EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Simulaciones por ordenador muestran un nuevo tipo de grafeno semiconductor con una estructura de octógonos, hexágonos y pentágonos EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

ESTADO DEL ARTE Grafeno en Argentina En nuestro país el investigador Luis Foa Torres (32) Dr. en Física, investigador adjunto del  Instituto de Física Enrique Gaviola (CONICET) y profesor adjunto de la  FaMAF, en  la Universidad Nacional de Córdoba, nos dice “Nuestro trabajo se centra principalmente en el estudio de las propiedades eléctricas de materiales nanoestructurados, notablemente materiales basados en carbono como los nanotubos de carbono y el grafeno. Mis experiencias con estos materiales se remontan al 2005 cuando trabajaba para la Comisión de Energía Atómica de Grenoble (Francia), luego en Dresden (Alemania) y posteriormente aquí en Córdoba, donde desde el 2009 trabajo junto a un pequeño equipo de investigadores”. EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Bibliografía EESII 2011 Alumno: Gastón Caino http://www.graphene-info.com/niu-scientists-use-dry-ice-simply-produce-graphene Xinran Wang et al. “N-Doping of Graphene Through Electrothermal Reactions with Ammonia,” Science, 324: 768-771, 8 May 2009 David J. Appelhans, Zhibin Lin, Mark T. Lusk, “A Semiconducting Graphene Allotrope,” ArXiv, 19 Mar 2010. http://electronicadeestadossolidos.blogspot.com/2010/06/un-paso-mas-en-el-camino-del-silicio-al.html http://news.cnet.com/Moore-says-nanoelectronics-face-tough-challenges/2100-1006_3-5607422.html “Condensed-matter physics: Dirac electrons broken to pieces,” News & Views, Nature 462: 170-171, 12 Nov. 2009, que se hace eco de los artículos técnicos de Xu Du, Ivan Skachko, Fabian Duerr, Adina Luican, Eva Y. Andrei, “Fractional quantum Hall effect and insulating phase of Dirac electrons in graphene,” Nature 462: 192-195, 12 Nov. 2009, y Kirill I. Bolotin, Fereshte Ghahari, Michael D. Shulman, Horst L. Stormer, Philip Kim, “Observation of the fractional quantum Hall effect in graphene,” Nature 462: 196-199, 12 Nov. 2009. Fengnian Xia*, Damon B. Farmer, Yu-ming Lin and Phaedon Avouris IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York 10598 Nano Lett., 2010, 10 (2), pp 715–718 http://www.revistainfotigre.com.ar/2011/05/09/moduladores-opticos-de-grafeno-podrian-conducir-a-comunicaciones-ultrarrapidas/ http://aprendeenlinea.udea.edu.co/revistas/index.php/materiales/article/viewFile/9172/8476 http://www.nature.com/nature/journal/v467/n7313/full/nature09405.html http://tecnomasciencia.com/nuevo-transistor-grafeno-alto-rendimiento Charge neutrality and band-gap tuning of epitaxial graphene on SiC by molecular doping. Physical Review B, 81, 235401 (2010) DOI: 10.1103/PhysRevB.81.235401 Nanoscale Tunable Reduction of Graphene Oxide for Graphene Electronics. Science, Vol. 328. no. 5984, pp. 1373 - 1376 DOI: 10.1126/science.1188119 http://www.sciencedaily.com/releases/2008/05/080528095936.htm http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/jm/c1jm11691f EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

Bibliografía EESII 2011 Alumno: Gastón Caino “High-speed graphene transistors with a self-aligned nanowire gate,” Nature 467: 305–308, 16 September 2010 Sobre la pista del grafeno en Argentina: efectos electromecánicos en la nanoescala http://jeanmendez.blogspot.com/2010_05_01_archive.html http://www.marisolcollazos.es/noticias-informatica/?cat=14 http://www.neoteo.com/nomfet-un-transistor-que-imita-neuronas http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2011/07/02/grafeno-y-agua/ http://www.vivalared.com/que-es-un-transistor http://www.granphnanotech.com/ http://www.graphenea.com/ http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=4137639 http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl104364c http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n8/abs/nnano.2010.132.html#supplementary-information http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/June/20061001.asp http://www.technologyreview.com/computing/25633/?a=f F.J. García Sánchez Seminario en Nanoelectrónica y Diseño Avanzado , INAOE, Puebla, México, 12-14 Sept. 2007 EESII 2011 Alumno: Gastón Caino

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