CHEMISTRY: MYSTERY #6 / MISTERIO No.6

Can Computers Be Made Out Of Carbon?

Computer chips made out of graphene—a web of carbon atoms—could potentially be faster and more powerful than silicon- based ones. The discovery of graphene garnered the 2010 Nobel Prize in Physics, but the success of this and other forms of carbon nanotechnology might ultimately depend on chemists’ ability to create structures with atomic precision.

The discovery of buckyballs—hollow, cage like molecules made entirely of carbon atoms—in 1985 was the start of something literally much bigger. Six years later tubes of carbon atoms arranged in a chicken wire–shaped, hexagonal pattern like that in the carbon sheets of graphite made their debut. Being hollow, extremely strong and stiff, and electrically conducting, these carbon nanotubes promised applications ranging from high-strength carbon composites to tiny wires and electronic devices, miniature molecular capsules, and water-filtration membranes.

For all their promise, carbon nanotubes have not resulted in a lot of commercial applications. For instance, researchers have not been able to solve the problem of how to connect tubes into complicated electronic circuits. More recently, graphite has moved to center stage because of the discovery that it can be separated into individual chicken wire–like sheets, called graphene, that could supply the fabric for ultraminiaturized, cheap and robust electronic circuitry. The hope is that the computer industry can use narrow ribbons and networks of graphene, made to measure with atomic precision, to build chips with better performance than silicon-based ones. 

“Graphene can be patterned so that the interconnect and placement problems of carbon nanotubes are overcome,” says carbon specialist Walt de Heer of the Georgia Institute of Technology. Methods such as etching, however, are too crude for patterning graphene circuits down to the single atom, de Heer points out, and as a result, he fears that graphene technology currently owes more to hype than hard science. Using the techniques of organic chemistry to build up graphene circuits from the bottom up—linking together “polyaromatic” molecules containing several hexagonal carbon rings, like little fragments of a graphene sheet— might be the key to such precise atomicscale engineering and thus to unlocking the future of graphene electronics.

¿Pueden Las Computadoras Estar Hechas De Carbono?

Los chips hechos de grafeno, una red de átomos de carbono-podrían potencialmente ser más rápidos y más potentes que los basados en silicio. El descubrimiento del grafeno en 2010 obtuvo el Premio Nobel de Física, pero el éxito de esta y otras formas de nanotecnología del carbono en última instancia, podría depender de la capacidad de los químicos para crear estructuras con precisión atómica.

El descubrimiento de las buckyballs—moléculas huecas en forma de jaula hechas de átomos de carbono—en 1985 fue el comienzo literalmente, de algo mucho más grande. Seis años más tarde tubos de átomos de carbono dispuestos en un modelo en forma de alambrera, patrón hexagonal como la de las hojas de grafito de carbono, hicieron su debut. Al ser huecos, muy fuertes y rígidos, y conductora de la electricidad, estos nanotubos de carbono prometieron aplicaciones que van desde compuestos de carbono de alta resistencia a los diminutos cables y dispositivos electrónicos, en miniatura cápsulas moleculares, y las membranas de filtración de agua.

A pesar de su promesa, los nanotubos de carbono no han dado lugar a una gran cantidad de aplicaciones comerciales. Por ejemplo, los investigadores no han sido capaces de resolver el problema de cómo conectar tubos en complicados circuitos electrónicos. Más recientemente, el grafito se ha movido al centro del escenario debido al descubrimiento de que puede ser separado en individuales en hojas de alambre ( como si fuera una malla de un gallinero) , llamadas grafeno, que podrían ser el material para los circuitos electrónicos  ultraminiaturizados baratos y robustos. La esperanza es que la industria de la computación pueda utilizar cintas estrechas y las redes de grafeno, hechos a medida con precisión atómica, para construir chips con un mejor rendimiento que los basados en silicio.

 

"El grafeno puede ser modelado para que se superen los problemas de interconexión de los nanotubos de carbono", dice el especialista de carbono Walt de Heer, del Instituto de Tecnología de Georgia. Métodos como el aguafuerte, sin embargo, son demasiado ordinarios para modelar los circuitos de grafeno hasta un átomo individual, de Heer señala, y como resultado, teme que la tecnología de grafeno en la actualidad se deba más a un mito publicitario que la ciencia dura. Utilizando las técnicas de la química orgánica para construir circuitos de grafeno de abajo hacia arriba—uniendo "poliaromáticos" las moléculas que contienen varios anillos de carbono hexagonales, como pequeños fragmentos de una hoja de grafeno—podría ser la clave para la ingeniería de escala atómica precisa y asi abrir el futuro de la electrónica de grafeno.