El grafeno, una capa plana de átomos de carbono dispuestos de forma hexagonal, es capaz de transportar electrones a gran velocidad. Esto hace que sea un material muy prometedor para la fabricación de circuitos lógicos de radio de alta frecuencia, electrodos transparentes para pantallas planas flexibles, así como electrodos de gran superficie para ultracapacitadores.

Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur acaban de construir una placa de memoria para ordenadores a base de grafeno. Esto supone un primer paso hacia la fabricación de un tipo de memoria más densa y rápida que las memorias magnéticas que se usan hoy día en los discos duros. Según Barbaros Özyilmaz, el profesor de física que dirigió las pruebas que se acaban de presentar dentro de la reciente reunión de la American Physical Society en Pittsburgh, los investigadores han logrado construir cientos de prototipos de memoria a base de grafeno, y todos ellos han funcionado sin problemas. “El grafeno va a hacer que la industria electrónica cambie,” comenta. “Lo que faltaba por conseguir era la forma de usar el grafeno como elemento de memoria. Hasta ahora había poco interés porque [pensábamos que] era imposible de lograr.”

Para fabricar placas de memoria lo más importante es usar un material que pueda tener dos estados. Esto se debe a que los ordenadores usan dos bits, 1 y 0, para almacenar datos. También es preciso que los discos duros no sean volátiles, es decir, que el material usado pueda mantener esos dos estados sin necesidad de corriente eléctrica. Los discos duros actuales están hechos a partir de aleaciones de cobalto magnético, y almacenan los bits mediante el uso de dos orientaciones magnéticas distintas en un área delimitada del disco.

Özyilmaz y sus colaboradores concibieron una forma sencilla de hacer que el grafeno mantuviese sus dos niveles distintos de conductividad, o resistencia. Para pasar de un estado a otro es necesario aplicar y cortar un campo eléctrico. Los investigadores depositaron una fina capa de material ferroeléctrico sobre el grafeno. Este tipo de materiales poseen un campo eléctrico intrínseco, y este campo cambia de dirección al aplicársele un voltaje. El campo ferroeléctrico ayuda a que el grafeno mantenga su conductividad. Según explica Özyilmaz, “podemos cambiar la polaridad del campo ferroeléctrico, lo que provoca un cambio en la conductividad en el grafeno.”

Este nuevo concepto de memoria resulta muy “prometedor gracias a su simpleza,” señala Andre Geim, profesor de física en la Universidad de Manchester (Reino Unido), y que fue pionero en extraer las hojas de grafeno a partir del grafito. “Los materiales ferroeléctricos son muy populares. También se sabe que un campo eléctrico puede hacer que la resistencia del grafeno cambie, normalmente en un factor de 10. [Özyilmaz] combina esos dos factores tan conocidos.”

Las memorias de grafeno supondrían un avance significativo en comparación con las memorias magnéticas actuales. Los bits se podrían leer hasta 30 veces más rápido puesto que los electrones se mueven a mayor velocidad sobre el grafeno. Además, la memoria podría ser más densa. Las áreas de bits en los discos duros tienen, en la actualidad, una anchura de unas pocas decenas de nanómetros. Con densidades de 1 terabit por pulgada cuadrada, el ancho sería de aproximadamente 25 nanómetros, demasiado pequeño para que puedan mantener la dirección de su magnetización. Con el grafeno, los bits se podrían encajar en anchuras de 10 nanómetros o menos. De hecho, los dispositivos de memoria funcionarían mejor con áreas de grafeno más reducidas. Investigadores de la Universidad de Stanford han demostrado que si se corta el grafeno en placas de sólo unos pocos nanómetros de ancho, esto ayuda a mejorar la diferencia entre los dos estados de conductividad.

Sin embargo, los nuevos prototipos de memoria son rudimentarios. Los investigadores de Singapur usan placas de grafeno de 2 micrómetros de ancho sobre capas de silicio. Después depositan electrodos de oro y le añaden una capa superficial de material ferroeléctrico. Özyilmaz señala que los tiempos de lectura de este dispositivo son 5 veces más rápidos que los de las memorias magnéticas actuales. Los investigadores pueden hacer que el grafeno cambie 100.000 veces entre sus dos estados de conductividad—en la práctica, los dispositivos de memoria generan millones de ciclos.

Esta no es la primera vez que se intentan fabricas memorias de grafeno. En un estudio fechado en agosto de 2008 de IEEE Electron Device Letters, investigadores de la compañía alemana de nanotecnología AMO ya hablaban de dispositivos capaces de cambiar entre sus dos estados de conductividad mediante el uso de un campo eléctrico. “Pudimos alcanzar ciclos de 20 a 30 veces, pero no de decenas de miles,” afirma el físico Max Lemme, autor principal del estudio. Lemme especula con la idea de que los grupos de hidroxil y el hidrógeno que se encuentra en la superficie del grafeno se desprenden de él al aplicársele corriente eléctrica, lo que hace que cambie la conductividad de la placa. Lo que aún no se sabe bien es cómo mantienen la conductividad las placas de grafeno cuando se corta la corriente.

Geim, que formó parte del estudio de AMO, señala que “cuando desconoces el mecanismo, en principio es difícil saber si puedes hacer que dicho mecanismo funcione correctamente al usarlo de la misma forma en otros dispositivos.” Sin embargo, y gracias al método desarrollado por los investigadores de Singapur, “ahora conocemos sus principios físicos y sus limitaciones. Parece buena idea, porque la base sobre la que se fundamenta es bien conocida.”