Con el grafeno fabrican aparatos táctiles,condensadores, dispositivos espintrónicos,

( Espintrónica es una tecnología emergente

Asimismo, se sabe que el carbono elemental forma una variedad de estructuras de distinta dimensionalidad desde las más estables como el diamante y el grafito (3D) descubiertas hace mucho tiempo, hasta compuestos de baja dimensionalidad.

Perspectivas y aplicaciones reales del GRAPHENO después de 16 años de su descubrimiento.

Por:Jonathan Gabriel Ramírez Arteaga,Facultad de Ciencias Químicas UNAM y Gregorio Ramírez Valdez Director G. /ElPoliciaco24.com.mx

Hermosillo,Son.22 de Marzo 2026.- Su gran potencial tecnológico ya se ha demostrado en pantallas táctiles,condensadores, dispositivos espintrónicos, ( La Espintrónica, una tecnología emergente que explota tanto la carga del electrón como su espín, que se manifiesta como un estado de energía magnética débil que puede tomar solo dos valores, o.) Dispositivos para aplicacionea biomédicas, memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM) 1 , 2 , 3 , los transistores de espín 4 , 5 , 6 , 7 , los filtros de espín 8 , 9 , 10 , 11 , los emisores de THz 12 , 13 , 14 , 15 , 16 y los sensores 17 , 18 , 19 , 20 , 21

Grafeno por  sus propiedades lo han convertido en el candidato ideal para sustituir la actual tecnología del silicio.

El material es estable, porque sus vibraciones se acomodan en ondulaciones con amplitudes de alrededor de 1 nanometro a lo largo de la membrana atómica (Carlsson, 2007; Fasolino et al. 2007; Geim y Novoselov, 2007) Estas ondulaciones son intrínsecas del grafeno y son resultado de inestabilidades vibracionales.

qué clase de material es éste? 

y nos contestaron: “es simplemente una

membrana de carbono del espesor de un átomo”. ¿Qué características volvían tan especial a esta membrana si está formada solamente de átomos carbono? La respuesta se extrae del grafito rn laboratorios y encuentra en su estructura cristalina y baja dimensionalidad. Forma parte de los semiconductores.

Es conocido que el carbono tiene una gran capacidad para formar redes complejas con otros elementos, lo cual ha sido la base de la química orgánica y de la existencia de vida en nuestro

planeta. 

E. Martínez-Guerra*,

**, M. E. Cifuentes-Quintal*

y R. de Coss*

Resumen. Desde su descubrimiento en 2004, el grafeno ha generado una gran expectativa para sustituir la tecnología actual basada en silicio. En este trabajo, discutimos de manera simple cuáles

son las propiedades que sustentan esta expectativa. En particular, nos referimos a las propiedades electrónicas y de transporte que se pueden aprovechar en dispositivos de alta velocidad.

 Además,presentamos una comparación (teoría y experimento) de las cantidades físicas que deben ser controladas antes de diseñar esta clase de dispositivos: dispersión de energía, velocidad de Fermi

y masa ciclotrónica. Finalmente, proyectamos algunas formas de modular estas cantidades.

Importancia de la divulgación.

 El grafeno es sin duda un material que revolucionará la tecnología actual.

Sin embargo, a casi 5 años de su descubrimiento, en México hay muy pocos grupos de investigación que lo estudian en forma experimental y teórica. Estamos convencidos que es fundamental interesar a jóvenes de bachillerato y estudiantes universitarios en la investigación básica y aplicada

de este material, si queremos que nuestro país, no se quede al margen de las próximas innovaciones tecnológicas, como ya le ocurrió a la generación del silicio.

Introducción

En marzo del 2007, asistimos a la reunión anual de la Sociedad Americana de Física, en Denver, EUA, y entre pasillos escuchamos que se había sintetizado un nuevo material llamado “grafeno” que, como el silicio, vendría a revolucionar la industria y la tecnología de nuestra generación. Preguntamos a quienes discutían sobre este descubrimiento, qué clase de material era éste y nos contestaron: “es simplemente una

membrana de carbono del espesor de un átomo”. ¿Qué características volvían tan especial a esta membrana si está formada solamente de átomos carbono? La respuesta se encuentra en su estructura cristalina y baja dimensionalidad. Es conocido que

el carbono tiene una gran capacidad para formar redes complejas con otros elementos, lo cual ha sido la base de la química orgánica y de la existencia de vida en nuestro

planeta. 

fulerenos y nanotubos variedad de estructuras de distinta dimensionalidad

Asimismo, se sabe que el carbono elemental forma una variedad de estructuras de distinta dimensionalidad desde las más estables como el diamante y el grafito (3D) descubiertas hace mucho tiempo, hasta compuestos de baja dimensionalidad, como los fulerenos (0D) (kroto et al., 1985)

 (fullerenos son alótropos del carbono, es decir, son formas moleculares distintas de este elemento, que se caracterizan por formar estructuras huecas, tridimensionales y cerradas, con formas similares a esferas, elipsoides o cilindros. La molécula más conocida es el C60, o buckminsterfulereno, que se asemeja a un balón de fútbol debido a su estructura de 12 pentágonos y 20 hexágonos. 

Características principales:

• Estructura: Formada por átomos de carbono dispuestos en anillos fusionados de cinco y seis miembros. 
• Formas: Pueden ser esféricas (como el C60), elipsoidales o cilíndricas (en cuyo caso se les llama nanotubos). 
• Propiedades: Son muy estables, difíciles de disolver, pueden atrapar otros átomos en su interior y muestran propiedades conductoras y superconductoras. 

Descubrimiento:

• Fueron descubiertos en 1985 durante experimentos que simulaban la atmósfera de estrellas gigantes rojas. 
• Su nombre proviene del arquitecto Richard Buckminster Fuller, por la similitud de sus estructuras geodésicas con las cúpulas que él popularizó. 

Presencia en el espacio y la Tierra:

• Se han detectado grandes cantidades de fullerenos en la Vía Láctea y en otras galaxias. 
• También se han encontrado en meteoritos, en capas sedimentarias de la Tierra y en minerales como la shunghita. 

Aplicaciones:

• Se estudian por su potencial como agentes antivirales, especialmente contra el VIH. 
• Se investigan en la terapia fotodinámica para el tratamiento del cáncer. 
• Han sido utilizados en la industria cosmética.)

y los nanotubos (1D) (Ijima, 1991).(

son estructuras tubulares a escala nanométrica, con el término refiriéndose más comúnmente a los nanotubos de carbono (NTC), que son láminas de grafeno enrolladas que presentan una resistencia y conductividad excepcionales. Sus propiedades únicas los hacen útiles en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo materiales compuestos más ligeros y resistentes, dispositivos electrónicos, sensores médicos para la administración de fármacos, y el almacenamiento de hidrógeno. 

¿Qué son los nanotubos de carbono?

• Son alótropos del carbono, junto con el diamante y el grafito. 
• Su estructura se forma al enrollar una lámina de grafeno (una capa de carbono de un átomo de espesor) en forma cilíndrica. 
• Se clasifican según el número de capas de grafeno: de pared simple (SWNT), doble (DWNT) o múltiple (MWNT). 

Propiedades clave 

• Resistencia: Son 100 veces más fuertes que el acero y muy duraderos.
• Conductividad: Tienen una excelente conductividad eléctrica y térmica.
• Flexibilidad: Son elásticos y pueden mantener su color.
• Ligereza: Tienen una densidad muy baja.

Aplicaciones potenciales

• Materiales compuestos: Para reforzar y aligerar materiales como plásticos para la fabricación de automóviles, o el hormigón para la construcción. 
• Electrónica: En transistores de efecto de campo para dispositivos con alta densidad de corriente y para fabricar nanocables. 
• Medicina: Para la administración de fármacos y sensores médicos. 
• Energía: Para mejorar el rendimiento de las baterías y como medio de almacenamiento para hidrógeno. 
• Otras aplicaciones: En ingeniería civil, equipos médicos y en la industria del deport)

 En esta secuencia de dimensionalidad faltaba la estructura 2D, no obstante, a nadie le había interesado buscarla porque en los años treinta del siglo xx, Peierls (1934, 1935) y

Landau (1937) habían demostrado teóricamente que este material era termodinámicamente inestable y no podía existir. 

Sin embargo, recientemente se ha podido sinte-

* Departamento de Física Aplicada, Cinvestav-Mérida, Apdo. Postal 73, Cordemex 97310, Mérida, Yucatán,

México.

** Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas, uanl, Av. Universidad s/n. Cd. Universitaria 66451, San Nicolás de

los Garza, Nuevo León, México.15

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Grafeno por  sus propiedades lo han convertido en el candidato ideal para sustituir la actual tecnología del silicio.

Historia

En estos tiempos, uno se imagina que los grandes descubrimientos sólo se realizan

utilizando tecnología muy sofisticada, pero esto no siempre es así, éste fue el caso

del grafeno. En 2004, Andre Geim, Kostya Novoselov y colaboradores colocaron, en la Universidad de Manchester, una cinta adhesiva sobre una muestra de grafito y la

removieron consecutivamente hasta aislar una sola capa de átomos de carbono, poniendo fin a las predicciones de Pierls y Landau de que este material no podría aislarse sin que las vibraciones del material a temperatura ambiente lo destruyeran. 

Ahora es conocido que el material es estable, porque sus vibraciones se acomodan en ondulaciones con amplitudes de alrededor de 1 nanometro a lo largo de la membrana atómica (Carlsson, 2007; Fasolino et al. 2007; Geim y Novoselov, 2007) Estas ondulaciones son intrínsecas del grafeno y son resultado de inestabilidades vibracionales.

En la figura 1a, se muestra una imagen esquemática de la estructura de este material

y en la 1b, su imagen tomada con un microscopio electrónico de barrido. Después de algunos meses de su descubrimiento, el grupo de Geim perfeccionó el método de síntesis original (Novoselov et al., 2005) sustituyendo la cinta adhesiva con una superficie dura donde se deslizaban muestras de grafito. Pocos meses después, Zhang, en la

Universidad de Columbia, validaba que esta técnica era apropiada para sintetizar grafeno de manera reproducible (figura 2) (Zhang et al., 2005) Al mismo tiempo, Walt de

Heer y Claire Berger, en el Tecnológico de Georgia, desarrollaron un procedimiento de

crecimiento “epitaxial” para producirlo a escala industrial (Heer et al., 2007). Así, a 4

Un prometedor enfoque hacia los dispositivos espintrónicos basado en materiales que son baratos y abundantes

años de su descubrimiento, se han desarrollado distintas técnicas de crecimiento tales como: depósito por vapores químicos, reducción de SiC, reducción de N2

Se espera que los dispositivos espintrónicos sean más rápidos y consuman menos energía que sus contrapartes electrónicas tradicionales

H4

y reducción de etanol con Na, los cuales permiten obtener muestras de mejor calidad que

las técnicas originales.

Figura 1. a) Imagen esquemática a escala atómica del grafeno; b) imágenes de grafeno obtenidas con

un microscopio electrónico de barrido (escala de micras).

a) b)16

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Figura 2. a) Imagen de una muestra de grafito tomada con un microscopio electrónico de barrido

(meb); b) esquema del proceso de exfoliación del grafito para sintetizar grafeno; c) muestras de grafeno

sobre un sustrato de SiO2 y, d) dispositivo experimental de grafeno con contactos de oro para medir sus

propiedades de transporte (tomado de Zhang et al., 2004).

Propiedades

Desde su descubrimiento en 2004 a la fecha (27 mayo 2009), se han publicado 1,842

artículos científicos con arbitraje internacional, y cada año incrementa exponencialmente el número de citas dedicadas a entender las propiedades de este material (figura 3), pero ¿por qué tanto interés en este material? Entre sus propiedades destacan:

alta calidad cristalina (~1 defecto/mm2

), portadores de carga (electrones y huecos)

tipo fermiones de Dirac sin masa, alta movilidad de portadores de carga (15,000 cm2

/

Vs a 300 K y 200,000 cm2

/Vs a 4 K) y transporte balístico en la escala de 1 mm a temperatura ambiente. Pueden mencionarse otras, pero sin duda son estas propiedades

electrónicas y de transporte las que han ocupado de manera importante el quehacer

científico de los últimos años.

Propiedades electrónicas

Los átomos poseen electrones que se encuentran cerca de sus núcleos, así como electrones lejos de ellos (de valencia). Los electrones de valencia logran separarse de los

núcleos cuando reciben energía adicional externa. Por ejemplo, cuando se aplica un

campo eléctrico a un material, estos electrones de valencia se separan de sus núcleos 17

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Figura 3. Reporte de: a) número de publicaciones y, b) citas anuales sobre grafeno (Fuente: Web of

Science, 27 de mayo 2009).

a) b)y se convierten en electrones de conducción. En el caso de materiales constituidos

por átomos que no tienen sus capas electrónicas completas, existen huecos (ausencia

de electrones en la banda de valencia) que también pueden separarse de los núcleos

si se les adiciona energía. Ésta es la forma en que se producen corrientes de electrones o huecos en un semiconductor. Estos portadores de carga (electrones o huecos)

de conducción colisionan entre sí, disminuyendo la velocidad a la que se mueven; sin

embargo, en el grafeno, los electrones o huecos se comportan como partículas que se

mueven a una velocidad constante, viajando distancias del orden de micras (1×10-6

m) sin sufrir dispersión. Este hecho determina que la movilidad de los electrones sea

de alrededor de 200,000 cm2

/Vs en comparación a los 140,000 cm2

/Vs en el silicio y

77,000 cm2

/Vs en la aleación In-Sb. Ésta es la característica más atractiva del grafeno.

¿Qué les permite moverse a los portadores de esa manera en el grafeno?, la respuesta

se encuentra en su estructura electrónica, pues determina las energías características

que pueden tener los portadores de carga en un material. En un material convencional, la relación de dispersión de energía de un electrón o hueco es del tipo parabólica/cuadrática, esto es:

donde m es la masa efectiva del portador y k su momentum. Asimismo, la velocidad

de un portador está descrita por:

v = dE

dk = 2E m

de esta manera, la velocidad de un portador depende normalmente de la energía que

adquiere como resultado de las interacciones colectivas. Sin embargo, en el grafeno,

la relación de dispersión de la energía alrededor del nivel de Fermi (EF

) es aproximadamente lineal, esto es: es una constante: , donde νF

es la velocidad de Fermi y, por lo tanto, νF

. Esta relación lineal, entre la energía y el momentum

18

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Figura 4. Estructura de bandas del grafeno: a) espectro de energías experimental como función del

momentum en las direcciones principales de la zona de Brillouin (tomado de Bostwick et al., 2006) b)

acercamiento de la estructura de bandas calculada donde se observa la banda de valencia y de conducción (Conos de Dirac) y c) estructura de bandas calculada.de los portadores, fue predicha teóricamente por Wallace hace muchos años (Wallace, 1947), y se confirmó muy recientemente en forma experimental (Bostwick et al.,

2007). Bostwick y colaboradores emplearon la técnica de espectroscopía arpes (Angle

Resolved Photo Electron Spectroscopy) para medir la función espectral de los portadores de carga en el grafeno (figura 4a). También se han estudiado las propiedades electrónicas de este material, mediante metodologías numéricas basadas en el contexto de

la Teoría del Funcional de la Densidad. En este sentido, la figura 4c corresponde a la

estructura de bandas obtenida por cálculos de primeros principios (Cifuentes-Quintal

et al., s/f) y la figura 4b es una vista tridimensional de dentro de la región circular

del espectro teórico. Ambos espectros (teórico y experimental) coinciden, y la dispersión define una superficie tridimensional llamada “conos de Dirac” por la

geometría cónica que presentan y por la similitud al espectro de energías de fermiones de Dirac sin masa (Semenoff, 1987; Haldane, 1998).

Ecuación de Dirac y Conos de Dirac

La ecuación de Dirac describe el comportamiento de partículas de espín ½ (fermiones), ej.: el electrón, cuando se mueve a velocidades cercanas a la luz (c), pero en el

grafeno los portadores de carga se mueven a velocidades mucho más bajas (c/300),

¿cuál es entonces la conexión de estos portadores con la electrodinámica cuántica?

La ecuación de Dirac está sustentada en la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad y una de las aportaciones más importantes de esta ecuación ha sido predecir

la existencia de “antipartículas” como los positrones. En particular, se ha comprobado experimentalmente que las energías de estas antipartículas (electrones y positrones) están íntimamente ligadas. Así, cuando un electrón de masa m tiene una energía

2 en reposo E 0 = mc , existe una antipartícula (positrón) que tiene una energía –E0

. A

esta propiedad se le conoce en la electrodinámica cuántica como “simetría conjugada”. Además, cuando la energía del electrón E >> E0

, la energía es linealmente dependiente del momentum, E ~ k. Cuando estas partículas no tienen masa, este tipo de

dispersión se conserva y los espectros de energía de ambas partículas convergen en

un punto, como ocurre con los “conos de Dirac” en el grafeno.

19

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Otra similitud entre los portadores del grafeno y “los fermiones de Dirac sin masa”

de la electrodinámica cuántica es la conexión entre el movimiento de estas partículas y la dirección de su espín. En ambos casos, el espín de la partícula (electrón) tiene

la dirección del movimiento de propagación, y la “antipartícula” (hueco) la dirección

opuesta del movimiento de propagación, tal y como se observa en la figura 5. Esta situación es única en materiales, pues usualmente una partícula de espín ½ y masa m,

como los electrones, pueden tener sólo espín hacia arriba y hacia abajo. Ésta es la conexión maravillosa con la electrodinámica cuántica: los portadores en el grafeno se

comportan como partículas cargadas sin masa y sus espines tienen “simetría conjugada”. Este comportamiento de los electrones en un material no se había observado

previamente y, más importante aún, podría ser aprovechado para innovaciones tecnológicas.

Propiedades de transporte

Velocidad de Fermi y masa ciclotrónica

La velocidad de Fermi es una de las cantidades que se deben controlar antes de diseñar dispositivos de alta movilidad. Esta cantidad está asociada a la energía de Fermi

y es un concepto muy utilizado en física del estado sólido para caracterizar metales,

semiconductores y aislantes. En particular, si extraemos toda la energía posible a una

membrana de grafeno enfriándola cerca del cero absoluto (0 K), los portadores de

carga aún se estarían moviendo sobre su superficie. Los electrones y huecos que se

muevan más rápido lo harán a una velocidad máxima. Esta velocidad es la velocidad

de Fermi y corresponde a la energía cinética de los portadores del último estado ocuFigura 5. Representación esquemática de: a) las direcciones de espín de los portadores de carga en un

metal o semiconductor y, b) en grafeno.

a) Ferminones de

Schrödinger

b) Ferminones de

Dirac sin masa20

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pado. La velocidad de Fermi se puede conocer experimentalmente de forma indirecta

de un espectro arpes (figura 4a) o teóricamente de la estructura de bandas calculada

(figura 4c). Como se mostró en ambos casos en grafeno, la relación entre E y k es lineal, y v F = dE dk ≈ 1 1× 0 − 6.

Otra cantidad importante y que está relacionada con el movimiento de propagación de los portadores descritos en la sección anterior (figura 5b) es la masa ciclotrónica. En los trabajos experimentales de Novoselov y colaboradores (Novoselov et al.,

2005), se observó que la masa ciclotrónica (m*) depende de la densidad de electrones

o huecos (n) como su raíz cuadrada m * ≈ n . Por otro lado, considerando un modelo

dentro de una aproximación semi-clásica (Ashcroft y Mermin, s/f), la masa ciclotrónica se puede expresar como

m * = dA ( ) E

dE 1

2π

donde A(E) representa el área transversal de los conos de Dirac (figura 5a) encerrada

por la órbita en que se mueven los portadores de carga y está dada como

2

A E ( )= =π k π 2

2 .

E

vF

Sustituyendo esta expresión para A en la ecuación anterior para m*, tenemos que

la masa ciclotrónica se puede expresar como,

m * = π

n

v F

Así, a partir de la velocidad de Fermi encontramos la dependencia de la razón

m* / m0

como función de la densidad de portadores (figura 6), donde mo es la masa

del electrón libre. En la figura 6, los círculos corresponden a las mediciones hechas

por Novoselov (Novoselov et al., 2005) y las líneas sólidas a los valores obtenidos por

cálculos de primeros principios (Cifuentes-Quintal et al., s/f). Éste es un buen ejemplo de que teoría y experimento pueden acompañarse para contestar una misma pregunta. Actualmente, buscamos diferentes procedimientos para modular la velocidad

de Fermi y la masa efectiva de estos portadores, para sintonizar el transporte de estas

partículas en dispositivos de alta velocidad. Las deformaciones mecánicas, la adsorción molecular, campo eléctrico aplicado, así como introducir impurezas o vacancias,

son algunos de los mecanismos de modulación de portadores que se están explorando. También se estudian los efectos de tamaño finito en nanocintas y nanohojuelas

de grafeno.

En resumen, el grafeno es un material que puede operar a escala nanométrica y

a temperatura ambiente, con propiedades de transporte que ningún semiconductor

ofrece. Por ello, todo apunta a que se podrán crear nuevos dispositivos electrónicos

con base en este material. El principal reto para quienes lo estudiamos en forma experimental o teórica es ampliar el rango de modulación de estas propiedades.21

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Figura 6. Masa ciclotrónica de los portadores de carga (electrones o huecos) en grafeno como función

de su concentración (n). Los círculos azules corresponden a los datos experimentales que se midieron

para los electrones y los círculos rojos para los huecos (Novoselov et al., 2005) Las líneas sólidas corresponden a las masas ciclotrónicas calculadas (Cifuentes-Quintal et al., s/f)

0.06

m*/m 0

0.04

0.02

Experimental (huecos)

Experimental (electrones)

Calculado (huecos)

Calculado (electrones)0.00

-6 -4 -2 0 n (1012

cm

-2 )

2 4 6

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Perspectivas y aplicaciones reales del GRAPHENO después de 16 años de su descubrimiento

A 16 años del gran descubrimiento del grafeno los focos de atención vuelven a estar en este material con el reporte de su comportamiento superconductor dependiendo del apilado de sus capas. Sin embargo, su nombre durante estos últimos años no solo se ha relacionada a la superconductividad, sino que con una diversidad muy amplia de aplicaciones, en disciplinas muy diversas,entre las que cabe mencionar: materiales optoelectrónicos, electrodos para catálisis,dispositivos para tratamiento de desechos,biosensores, entre otros. Esto ha hecho que un gran número de grupos de investigación se hayan interesado no solo en estudiar sus propiedades, sino también en investigar nuevos métodos sintéticos que puedan ser escalables a niveles industriales, sin perder sus propiedades electrónicas y mecánicas. Apesar de los numerosos estudios y los recursos invertidos en grafeno no todas las aplicaciones han llegado a ser una realidad, en esta revisión se muestran algunas de las más exitos.

En los últimos años, los materiales bidimensionales (2D) y sus heteroestructuras han surgido como componentes particularmente prometedores de dispositivos novedosos, pequeños y que ofrecen una velocidad y estabilidad mejoradas. En este contexto, el grafeno, una lámina de grosor de un solo átomo hecha exclusivamente de átomos de carbono,ha atraído un enorme interés debido a sus increíbles propiedades eléctricas y mecánicas, desde su descubrimiento experimental hace 16 años,la gama de aplicaciones fundamentales y prácticas previstas para este excelente material 2D han sido bastas [2] y se están ampliando aún más con el reciente descubrimiento de sus propiedades superconductoras que dependen solo de la forma en que se apilan sus capas [3].

Por las razones mencionadas y las promesas de negocio (entre 58,9millones de dólares estadounidenses y 14,3 billones de dólares, según elartículo de revisión de Ai Linh Nguyen Et al. [4]) que este material posee,muchos gobiernos y empresas empezaron a invertir en su investigación.

El grafeno no solo es un excelente conductor eléctrico y térmico, sino que también representa el material más delgado, fuerte y rígido del mundo [5].Su gran potencial tecnológico ya se ha demostrado en pantallas táctiles,condensadores, dispositivos espintrónicos, ( Espintrónica es una tecnología emergente que explota tanto la carga del electrón como su espín, que se manifiesta como un estado de energía magnética débil que puede tomar solo dos valores, o.) Dispositivos para aplicacionea biomédicas, memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM) 1 , 2 , 3 , los transistores de espín 4 , 5 , 6 , 7 , los filtros de espín 8 , 9 , 10 , 11 , los emisores de THz 12 , 13 , 14 , 15 , 16 y los sensores 17 , 18 , 19 , 20 , 21

Espintrónica: Un paso más allá de la electrónica convencional

17.02.2021

Los últimos avances en espintrónica se basan en estructuras nanométricas de película fina con anisotropía magnética perpendicular en las que las corrientes de espín se utilizan para producir cambios en la magnetización de una capa magnética. Este efecto se conoce como par de espín-órbita (SOT) y puede potenciarse mediante la ingeniería adecuada de pilas multicapa compuestas por múltiples capas alternando metales magnéticos y no magnéticos. Las estructuras típicas empleadas para manipular la magnetización a través del SOT son multicapas cuyo constituyente básico es una capa ferromagnética adyacente de metal(es) pesado(s), que confieren un gran acoplamiento espín-órbita y promueven la anisotropía magnética perpendicular. Estos sistemas son los elementos básicos para la conmutación de la magnetización del par espín-órbita, utilizada en la próxima generación de dispositivos de memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio (MRAM).

El equipo de investigación de SpinOrbitronics en IMDEA Nanociencia, guiado por el Dr. Paolo Perna, ha observado la aparición de un aumento del par espino-órbita habilitado interfacialmente cuando se inserta una capa intermedia ultrafina de Cu entre el Co y el Pt en la tricapa simétrica Pt/Co/Pt, en la que se espera que el par espin-órbita efectivo desaparezca. La mejora del SOT va acompañada de una reducción de la magnetorresistencia de espín-Hall, lo que indica que el efecto de pérdida de memoria de espín en las interfaces Co/Cu y Cu/Pt es responsable tanto de la mejora del SOT como de la reducción de la magnetorresistencia de espín-Hall.

La mejora observada del par de espín-órbita proporciona una nueva visión de la naturaleza interfacial de las corrientes de espín que puede llevar a desarrollar dispositivos espintrónicos más eficientes para memorias de par de espín-órbita MRAM y lógica de espín utilizando materiales baratos, fáciles de fabricar y abundantes como el cobre (Cu).

Los experimentos, realizados principalmente por el Dr. Alberto Anadón y el Dr. Rubén Guerrero en el IMDEA Nanociencia, se han acompañado de la implementación de un modelo teórico ad-hoc en colaboración con el Dr. Jorge Alberto Jover-Galtier del Centro Universitario de la Defensa de Zaragoza.

pilas de combustible, baterías,sensores, películas conductoras transparentes, circuitos de alta frecuencia,en la eliminación de material tóxico, electrónica molecular, almacenamiento y conversión de energía, así como electrónica flexible [6-8]. Industrias Como la automotriz, tintas conductoras, entre otras, ya producen grafeno en el orden de miles de toneladas por año [9].El grafeno presenta una movilidad de electrones ultra alta de hasta500 000 cm2v-1s-1,  

Esto se debe a la alta movilidad de los electrones y a la estructura de banda,

 como se ha documentado para láminas suspendida a baja temperatura [10]. También posee una gran área superficial de2630 m2g-1, un notable módulo de Young de 1,0 TPa [11] y una impresionanteconductividad térmica de 5000 Wm-1K-1. El grafeno muestra notables propiedades ópticas, por ejemplo, cuando se deposita sobre un sustrato apropiado, se puede distinguir fácilmente bajo un microscopio óptico, apesar de tener un solo átomo de espesor [12, 13]. Además, exhibe absorción óptica lineal (escala con el número de capas) [14]. De especial relevancia para aplicaciones optoelectrónicas, el grafeno muestra una absorción defotones de un rango muy amplio de energías, además, debido a su estructura electrónica, presenta un “cuello de botella” para electrones con bajas energías (<200 meV) [15-17]. Esto dota al grafeno de portadores excitados y calientes con vidas más largas que en los metales normales, lo que facilita su extracción antes de que se relajen al nivel de Fermi [18].Todas las propiedades de este material bidimensional se deben en gran medida a su estructura de banda prohibida de 0 eV (figura 1) que lo convierte en un semi metal o semiconductor de banda 0 (cuando no presenta dopaje), lo que le permite conducir portadores de carga sin masa,descritas por la ecuación de Dirac [19]. Puede conducir electrones y huecos con1 solo modular la fuerza electrostática mediante un electrodo puerta.Esta propiedad es una ventaja pero también es una de las limitacionesmás grandes del grafeno, ya que si se utilizan en dispositivos eléctricos yelectrónicos su relación de encendido y apagado es muy pequeña [20,21].La mayoría de estas propiedades se potencian o se coartan dependiendo delos diferentes métodos de síntesis, por ejemplo, exfoliación micromecánicao química de grafito, deposición química en fase vapor (CVD, por sus siglasen inglés), exfoliación ultrasónica, descompresión de nanotubos de carbonoo la reducción química, electroquímica, térmica o fotocatalítica del óxidode grafeno [23,24]. El grafeno es químicamente inerte y robusto, puedemantener su integridad estructural incluso a temperaturas altas (los defectosemergen por encima de aproximadamente 500 °C) [25] y a valores de pHtanto bajos como altos en solución acuosa [26].En la referencia [4] se muestra un estudio comparativo del número dereferencias que han obtenido las patentes y los artículos referentes al grafenoen los últimos años, en el cual se muestra cómo el interés por este materialen todas las áreas parece ir en disminución. No obstante los autores de esteartículo de revisión, creemos que la disminución de las citas se debe a lafocalización de los artículos y patentes en aquellas aplicaciones que muestran

Grafeno en tratamiento de aguasUna de las principales problemáticas de la sociedad actual es lacontaminación ambiental. Dentro de esta perístasis, dos de los temas másimportantes es el tratamiento[68, 69] y desalinización del agua [70]. Paraambos casos se ha demostrado que el grafeno se presenta como una granalternativa. El tratamiento de contaminantes en el agua se puede dividir en:tratamiento químico de las sustancias para la formación de una sustanciacon menor toxicidad o en la absorción/adsorción o encapsulamiento delcontaminante para un tratamiento posterior o disposición de este. Debido ala inmensa área superficial del grafeno [71] y su capacidad de absorción demúltiples grupos funcionales, [72] el grafeno y el óxido de grafeno tienenuna proyección muy alta en la generación de membranas de filtración parael tratamiento de aguas [68, 69].Las membranas para purificación de agua deben poseer alta selectividady excelente permeabilidad de moléculas/iones deseados. También deben seraltamente rentables, fáciles de maniobrar y deben tener buena estabilidadquímica y mecánica [69]. Dentro de estos filtros de próxima generación,el GO es uno de los candidatos más llamativos. Majumderet al.