Foto: Una imagen en color de un microscopio de barrido de electrones muestra un fotodetector de grafeno (morado) integrado con una guía de ondas (el nervio del centro). A cada lado se encuentra un electrodo de metal (verde).

Los chips de ordenador que usan luz en vez de electrones para trasladar datos  podrían ser fundamentales para la creación de superordenadores y el aumento de la eficiencia de los centros de procesamiento de datos. Actualmentye, varios laboratorios de investigación industriales están trabajando en la obtención de dichas interconexiones ópticas basadas en el germanio para convertir la luz en unos y ceros. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que estos mismos dispositivos basados en grafeno podrían ser llegar a ser más efectivos y económicos que el germanio.

Las interconexiones ópticas constan de dos procesos fundamentales: primero, un modulador convierte las señales eléctricas en ópticas y, después, un fotodetector realiza el proceso contrario. Los modelos actuales de estas interconexiones contienen moduladores fabricados con silicio y fotodetectores hechos con germanio. Hace poco Intel anunció su intención de usar esta tecnología y empezar a fabricar un producto que denomina "fotónica de silicio" para su uso en los centros de datos (ver "Los chips de láser de Intel podrían mejorar el funcionamiento de los centros de datos").

Sin embargo, según el profesor de ingeniería eléctrica e informática en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (EEUU) Dirk Englund, los fotodetectores de grafeno tienen muchas posibilidades de igualar o, incluso, superar en pocos años el rendimiento de los de germanio en varios aspectos importantes. Los dispositivos de grafeno, no obstante, presentan un orden de magnitud menor que el germanio en términos de capacidad de generar corriente en respuesta a la absorción de la luz, han mejorado tremendamente en este aspecto en apenas unos años. 

Pero, para Englund, el grafeno tiene toda una serie de ventajas potenciales respecto al germanio. Gracias a sus excepcionales propiedades electrónicas, los dispositivos fabricados con este material pueden funcionar en frecuencias muy altas, lo que les permitiría manejar más información por segundo. El grafeno puede absorber una gama más amplia de longitudes de onda que el germanio. Esta propiedad podría dar lugar a la transmisión de más flujos de datos simultáneamente en el mismo haz de luz. Es más, al contrario que los detectores de germanio, el profesor asegura que los fotodetectores de grafeno funcionan "bastante bien" sin voltaje aplicado, lo que podría reducir la cantidad de energía necesaria para transmitir datos. Por último, explica que, en principio, los detectores de grafeno necesitarían de un proceso más sencillo y potencialmente más barato para integrarse en un chip de silicio.

Sin embargo, a pesar de estas ventajas, el grafeno presenta problemas de eficiencia a la hora de absorber la luz. Para abordar este problema, tres equipos de investigación han diseñado, por separado, detectores incorporados al chip que consisten en una lámina de grafeno emparejada con una guía de ondas de silicio, un componente que encierra y dirige la luz y maximiza la interacción. Englund dirige uno de estos grupos, otros está liderado por el profesor en el Instituto de Fotónica del Tecnológico de Viena (Austria) Thomas Mueller, y el último se compone por un equipo de la Universidad de Hong Kong (China).

La primera demostración de un modulador de grafeno se hizo en 2011 y de sus conclusiones se extrajo que sería posible la construcción de una interconexión óptica solo con grafeno.

Sin embargo, es destacable que, para cada una de estas demostraciones, el grafeno se trasfirió al sustrato de silicio mediante procesos mecánicos que, actualmente, no se pueden usar en la fabricación a gran escala. Recientemente se han hecho progresos para desarrollar un proceso de cultivo de grafeno en sustratos a gran escala, pero esa opción aún no es viable.

Es más, el investigador del Centro de Investigación T.J.Watson de IBM Solomon Assefa, advierte que los fotodetectores de grafeno van muy rezagados respecto a los de germanio en términos de desarrollo de la tecnología. Con el grafeno, explica: "Aún queda mucho por hacer; podría ser eficaz en términos de costes, pero aún tenemos que averiguarlo".