¿Por qué todavía no se fabrican procesadores con grafeno?

¿Por qué todavía no se fabrican procesadores con grafeno?

Rodrigo Alonso

Desde hace ya unos cuantos años, habréis escuchado hablar del grafeno como la solución casi mágica a las limitaciones que tienen los procesadores de PC en la actualidad. Más de una década lleva ya este tema en desarrollo y, sin embargo, ¿por qué todavía no hay procesadores hechos con grafeno? A continuación vamos a explicaros por qué no hay, ni seguramente habrá procesadores de grafeno al final.

Muchas han sido las promesas en torno al grafeno en procesadores; sin ir más lejos, en 2018 el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) realizó un descubrimiento mediante el que se podían fabricar transistores de grafeno -que luego se usarían en procesadores-, multiplicando la potencia de los mismos. Sin embargo, sigue pasando el tiempo y no hay más noticias al respecto. ¿Qué es lo que está pasando?

Los procesadores de grafeno, ¿por qué no son posibles?

El grafeno no es mas que una capa muy delgada (del grosor de un átomo) de carbono, que hace tiempo se descubrió que era superconductora, es decir, que es capaz de dejar pasar la electricidad sin oponer prácticamente ninguna resistencia, por lo que la velocidad y la eficiencia son casi absolutos.

El problema radica en que con la tecnología actual es imposible construir transistores semiconductores, y esto es así porque como el grafeno es superconductor, no tendría estado de «apagado». Un transistor no es mas que un interruptor que permite o no permite pasar la electricidad, representando los unos y los ceros del sistema binario, y en este momento el grafeno no es capaz de generar ceros, representados cuando no deja pasar la corriente.

Esto se conoce como «Band Gap» (algo así como brecha de banda), y vamos a explicarlo al detalle a continuación.

Band Gap, el problema del grafeno

El Band Gap es un pequeño espacio entre una banda de conducción y una banda de valencia que nos dice qué nivel de corriente fluirá realmente entre los dos. Es como un pequeño portero que mantiene la carga eléctrica en un espacio hasta que se «apaga». Prácticamente todos los procesadores están hechos de un material semi conductor, lo que significa que tiene una brecha de banda moderada que hace que no conduzca la electricidad tan fácilmente ni rechace todas las cargas eléctricas. Esto tiene que ver con la estructura molecular básica, por lo que hay bastante química involucrada en la construcción del chip.

Band Gap de un procesador de grafeno

Existen Band Gaps muy grandes en materiales como el caucho que resistirán tanto las corrientes eléctricas, que antes de dejarlas pasar saltarán en llamas (es por eso que se usa goma para aislar los cables). Los materiales con un Band Gap muy bajo se conocen como conductores, mientras los que prácticamente no tienen ninguno se llaman superconductores, como el grafeno.

Hoy en día la mayoría de procesadores están hechos de silicio, que sirve como un semi conductor muy resistente y confiable. Recuerda que necesitamos semi conductores que puedan encenderse y apagarse para poder hacer de «interruptores» y representar los unos y ceros del sistema binario, y para ello un superconductor directamente no sirve. Este es el motivo por el que todavía no hay procesadores fabricados con grafeno.

Otros materiales para fabricar procesadores

Uno de los problemas que tiene el silicio es su inflexibilidad cuando se trabaja en superficies muy finas. Una pieza de silicio debe tener un grosor mínimo para que sea funcional, y por eso se está explorando la posibilidad de usar grafeno en su lugar (dado que su grosor es el de un átomo, pero como hemos explicado en este caso el ser superconductor es una desventaja). Dado que el grafeno aunque era prometedor requiere una inversión de tiempo y dinero demasiado grande como para la rentabilidad que se le sacaría de cara al futuro, los científicos comenzaron a experimentar con otros materiales.

Aquí es donde apareció el TiS3 (trisulfuro de titanio), un material que no solo tiene la capacidad de funcionar incluso con el grosor de una sola molécula, sino que también tiene un Band Gap bastante similar al del silicio.

Trisulfuro de titanio

Las implicaciones de esto podrían ser de largo alcance para los productos de tecnología, que cada vez tienden a ser más y más pequeños con el objetivo de meter mayor número de transistores en el mismo espacio, multiplicando la potencia y la eficiencia. Esto tiene otra ventaja añadida y es que un material más delgado tiene mayor facilidad para disipar el calor, haciendo que sea todavía más prometedor para su uso en proesadores.