Investigadores modifican el grafeno para volverlo magnético

El grafeno es un material del que hemos hablado en más de una ocasión puesto que, actualmente, existen muchas investigaciones alrededor de esta alotropía del carbono que se presenta como una malla formada por hexágonos en los que, en cada vértice, existe un átomo de carbono con enlaces covalentes con otros átomos, formando así una especie de panal de abeja. 

De este material se espera mucho y, de hecho, algunos estudios apuntan a que podria sustituir al Silicio o, al menos, complementarlo para aumentar aún más la escala de integración de los circuitos integrados. 

Del grafeno sabemos que es un excelente conductor del calor y la electricidad, es resistente, es ligero y consume poca energía cuando se utiliza como sustituto del silicio. 

Sin embargo, entre todas estas bondades no se encuentran las propiedades magnéticas hasta que, en la Universidad de Manchester, se propusieron modificar el grafeno para volver el material magnético.

En el año 2010, Konstantín Novosiólov y Andréy Gueim, dos investigadores de la Universidad de Manchester, recibieron el premio Nobel de física por sus estudios y caracterización del grafeno. 

Sir Andréy Gueim, uno de los galardonados, junto a la Doctora Irina Grigorieva, encaró un reto complejo al buscar una vía para transformar el grafeno, que es un material no magnético, en un material que sí lo fuese, algo de gran interés para el futuro de este material en el mundo de la electrónica.

Los investigadores comenzaron a trabajar con el grafeno y lo salpicaron con otros atómos no magnéticos, como los de flúor y retiraron algunos átomos de carbono de la estructura. 

Los huecos que dejaron al retirar los átomos de carbono junto a los átomos que habían añadido comenzaron a comportarse de la misma manera que la estructura del hierro y, por tanto, este grafeno modificado presentó propiedades magnéticas.

Esto es como multiplicar menos por menos y obtener mas

Sin embargo, los defectos introducidos en el material deben estar separados entre sí lo suficiente como para que el campo magnético producido no se anule entre sí y, por tanto, se eliminen las propiedades magnéticas del material. De hecho, si se retiran demasiados átomos de carbono de la estructura ésta se vuelve inestable.

De todas formas, es muy importante clarificar qué se puede hacer con el grafeno y qué no se puede hacer. En el área del magnetismo, muchos materiales no magnéticos han dado muchos falsos positivos. Aún así, esta investigación arroja un nuevo grado de funcionalidad que podría ser importante en la aplicación del grafeno en la electrónica.

Velazco
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El grafeno podría multiplicar decenas de veces la velocidad de internet

Un grupo de científicos ha encontrado una nueva utilidad al grafeno, el material que está revolucionando el mundo de la ciencia.

En un estudio publicado en 'Nature Communication' por expertos de reconocido prestigio como Andre Geim y Kostya Novoselov, ganadores del Premio Nobel de Fisica el año pasado por sus investigaciones sobre el grafeno, se ha presentado un hallazgo novedoso.

Geim y Novoselov manipularon dispositivos de grafeno para usarlos como fotodetectores en las comunicaciones ópticas de alta velocidad del futuro. 

Optaron por combinar el grafeno con nanoestructuras metálicas y consiguieron que captase hasta 20 veces más luz.

Este hallazgo en el que colaboraron expertos de las Universidades británicas de Manchester y Cambridge podría suponer un importante avance para el mundo de la información en alta velocidad como internet o las comunicaciones ópticas.

El grafeno es un material compuesto sólo de carbono, igual que el diamante o el grafito de la mina de los lápices, que a pesar de su distinto aspecto no son más que formas de carbono puro. 

Lo que hace que cada uno de ellos sea diferente es su estructura interna, el modo en que se 'colocan' los átomos de carbono que lo componen.

En el caso del grafeno, éste se trata de una lámina de un espesor mínimo formada por una única fila de átomos de carbono. 

Las propiedades que esta estructura confiere al grafeno ofrecen un enorme abanico de aplicaciones prácticas. 

Por ejemplo, aunque sólo tiene un átomo de espesor, su resistencia es hasta 100 veces superior a la del acero.Además, es sumamente flexible y un magnífico conductor de electricidad. 

Desde que este material consiguió 'fabricarse en laboratorio' hace unos pocos años, se ha convertido en el producto de moda. 

Miles de científicos de todo el mundo investigan sus posibilidades y muchos lo consideran el material del siglo XXI, pues a sus grandes rendimientos físicos añade la virtud de su abundancia, ya que el carbono es uno de los elementos químicos que más abundan en la Tierra.

Un estudio internacional

Uno de los campos donde el grafeno ha despertado más expectación es el de las telecomunicaciones. "Muchas compañías líderes en el sector de la electrónica están pensando utilizar el grafeno para la próxima generación de aparatos", recalca el científico ruso Novoselov.

Una investigación anterior ya había demostrado que se podía generar energía eléctrica colocando dos alambres de metal encima de una estructura de grafeno y proyectando una luz brillante sobre ese dispositivo.

Hasta ahora, el principal obstáculo de estos aparatos era su baja eficiencia, ya que el grafeno absorbía poca luz (alrededor del 3%). Esto implica que el 97% restante se escapaba, una gran pérdida en términos de energía eléctrica.

Para evitar esa 'fuga' de luz, los investigadores utilizaron ciertas nanoestructuras metálicas, conocidas como nanoestructuras plasmónicas. A continuación, colocaron las diminutas estructuras en la parte superior del grafeno. 

Esto mejoró la capacidad del grafeno para captar luz sin sacrificar su velocidad. Los expertos no descartan que esta rapidez se multiplique en el futuro.

Dispositivos superrápidos

Según explicaron los científicos, los dispositivos de grafeno pueden ser increíblemente rápidos para transmitir información, decenas y, posiblemente, cientos de veces más rápidos que los cables de Internet más veloces. 

Esto se debe a la naturaleza única de los electrones en el grafeno, a su movilidad y a su velocidad.

"Esperábamos que las nanoestructuras plasmónicas mejorasen la efectividad de los aparatos de grafeno", ha asegurado Alexander Grigorenko a la agencia Reuters. Sin embargo, confiesa que no pensaban que "la mejora fuese tan espectacular". 

"Parece un compañero natural de la plasmónica", concluye Grigorenko.

Andrea Ferrari, miembro del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge también colaboró en el estudio y asegura que "el hallazgo demuestra el importante potencial del grafeno en la fotónica y la optoelectrónica".

foto Justy

Elsa Piñeiro Kruik / Pedro Caceres

elmundo.es

Científicos crean una membrana de grafeno que puede destilar alcohol

Un equipo de investigadores ha publicado en la revista Science el último avance en torno al grafeno

El equipo creó una membrana del óxido del material, derivado químico del grafeno, demostrando que la membrana impide el paso de varios tipos de gases y líquidos y permitiendo pasar agua a través de la misma. 

El descubrimiento significa la amplificación de propiedades fascinantes e inusuales relacionadas con el grafeno y sus derivados, entre otros, la posibilidad de destilar alcohol

El grafeno es una forma de carbono que consiste en un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados. Debido a su delgadez es prácticamente transparente.

De la misma forma, como conductor de electricidad funciona tan bien como el cobre, y como conductor de calor es capaz de superar a otros materiales conocidos. 

De hecho, sus inusuales propiedades electrónicas, mecánicas o químicas a escala molecular prometen múltiples aplicaciones.

Fue en el año 2010 cuando Andre Geim y Konstantin Novoselov ganaron el Premio Nobel de Física por sus revolucionarios descubrimientos sobre el material bidimensional grafeno.

Geim y otros colegas han desarrollado un laminado hecho de finas capas de óxido de grafeno. 

Para que nos hagamos una idea, se trataban de laminas cientos de veces más delgadas que las de un cabello humano.

Cuando realizaron las primeras pruebas con un contenedor de metal sellado con las láminas, ni siquiera el equipo más sensible fue incapaz de detectar el aire o tipos de gas (incluyendo el helio) que se escapaba a través. 

Todo cambió cuando los investigadores lo intentaron con agua. 

El equipo se encontró con que se evaporaba sin que el sello de grafeno se diera cuenta, las moléculas de agua se difundían a través de las membranas de óxido de grafeno.

Rahul Nair, de la Universidad de Manchester y jefe del equipo, lo contaba así:

Las hojas de óxido de grafeno se organizan de tal manera que entre ellas hay espacio para capas de moléculas de agua. Si otro átomo o molécula intenta el mismo truco, se encuentra que los capilares de grafeno reducen la humedad baja o que se tapan con las moléculas de agua.

Andre Geim añadiría que:

El gas helio es difícil dejar que se escape lentamente, incluso a través de un cristal de la ventana de un milímetro de grosor, pero nuestras películas ultra-delgadas lo bloqueron. Al mismo tiempo, el agua se avaporó a través de ellos sin obstáculos materiales.

Y finalmente lograron un curioso experimento tras el hallazgo. Lo cuenta el doctor Nair:

Sellamos una botella de vodka con nuestras membranas y encontramos que la solución destilada se hizo más fuerte y más fuerte con el tiempo…

La pregunta, como ellos mismos indican, es saber la aplicación inmediata que podría tener. 

De entre las que se barajan, se podría utilizar para filtrar las sustancias tóxicas fuera del agua o incluso para purificar productos químicos industriales.

Miguel Jorge

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