Así es el árbol de Navidad más pequeño del mundo

Un árbol de Navidad con un grosor de un átomo creado en la Technical University of Denmark muestra cómo se pueden utilizar las mediciones de terahercios para garantizar la calidad del grafeno.

El árbol de Navidad de las imágenes de arriba mide 14 centímetros de largo. Dado que está hecho de grafeno, consta de átomos de carbono en una sola capa y solo tiene un tercio de nanómetro de espesor. Se corta de un rollo de grafeno de 10 metros de largo, se transfiere en una sola pieza usando una máquina laminadora reconstruida y luego se escanea con radiación de terahercios.

El experimento muestra que se puede realizar un control de calidad continuo durante la producción de grafeno, que se espera que desempeñe un papel importante en la electrónica de alta velocidad del futuro, es decir, instrumentos y sensores médicos.

El grafeno es un material llamado bidimensional, es decir, consta de átomos en una capa cohesiva que tiene solo un átomo de espesor. Es más robusto, más rígido y mejor para conducir la electricidad y el calor que cualquier otro material que conozcamos. Por lo tanto, el grafeno es un candidato obvio para los circuitos electrónicos que ocupan menos espacio, pesan menos, son flexibles y son más eficientes que la electrónica que conocemos hoy.

“Incluso si pudiera hacer un dibujo a lápiz de un árbol de Navidad y levantarlo del papel, que, en sentido figurado, es lo que hemos hecho, sería mucho más grueso que un átomo. Una bacteria es, por ejemplo, 3.000 veces más gruesa que el grafeno capa que usamos. Por eso me atrevo a llamarlo el árbol de Navidad más delgado del mundo. Y aunque el punto de partida es el carbono, al igual que el grafito en un lápiz, el grafeno es al mismo tiempo incluso más conductor que el cobre. El “dibujo” está hecho en una capa perfecta en una sola pieza “, dice el profesor Peter Boggild, quien lidera el equipo detrás del experimento del árbol de Navidad.

“Pero detrás de la broma navideña se esconde un avance importante. Por primera vez, logramos hacer un control de calidad en línea de la capa de grafeno mientras la transferíamos. Hacer esto es la clave para obtener propiedades materiales estables, reproducibles y utilizables, que es el requisito previo para utilizar grafeno en, por ejemplo, circuitos electrónicos”.

Como han hecho los investigadores en este caso, el grafeno se puede “cultivar” en una película de cobre. El grafeno se deposita en un rollo de lámina de cobre a unos 1.000 grados Celsius. Ese proceso es bien conocido y funciona bien.

Pero muchas cosas pueden salir mal cuando la película de grafeno ultradelgada se mueve del rodillo de cobre al lugar donde se usa. Dado que el grafeno es 30.000 veces más fino que el plástico para envolver alimentos, es un proceso exigente. El investigador Abhay Shivayogimath ha estado detrás de varios inventos nuevos en el proceso de transferencia de DTU, lo que garantiza una transferencia estable de las capas de grafeno del rollo de cobre.

Además, no ha habido ninguna tecnología que pueda controlar la calidad eléctrica del grafeno sobre la marcha, mientras se transfiere. Este año, Peter Boggild y su colega, el profesor Peter Uhd Jepsen de DTU Fotonik, uno de los investigadores de terahercios más importantes del mundo, establecieron una forma de hacerlo.

Las imágenes en color son medidas de cómo la capa de grafeno absorbe la radiación de terahercios. La absorción está directamente relacionada con la conductividad eléctrica: cuanto mejor es el grafeno conductor, mejor absorbe.

Los rayos de terahercios son ondas de radio de alta frecuencia que se encuentran entre la radiación infrarroja y las microondas. Al igual que los rayos X, se pueden utilizar para escanear cuerpos humanos, como lo conocemos por la seguridad del aeropuerto.

Los rayos de terahercios también pueden tomar fotografías de la resistencia eléctrica de la capa de grafeno. Al conectar el escáner de terahercios a la máquina que transfiere la película de grafeno, es posible obtener imágenes de las propiedades eléctricas de la película durante el proceso de transferencia.

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