En 2004, Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov sintetizaron por primera vez el grafeno. Tan solo seis años más tarde, sus estudios les valieron el premio Nobel. Hoy, el llamado ‘material de Dios’ señala el camino del futuro de las telecomunicaciones.
Aunque pueda parecer nuevo, en realidad el grafeno se conoce desde hace mucho. El análisis del grafito (un material de estructura similar) a principios del siglo XX desembocó en el estudio del grafeno, un material sobre el que se teorizó mucho durante los años treinta y cuarenta. Sin embargo, siempre se consideró algo inestable y no fue hasta el siglo XXI que pudo sintetizarse a temperatura ambiente. A partir de ahí, las promesas sobre sus aplicaciones no han dejado de crecer.
Las muchas propiedades del grafeno
El grafeno está formado por una fina lámina de átomos de carbono organizados en un patrón hexagonal. Esta lámina, de un átomo de grosor y casi transparente, posee una serie de propiedades asombrosas, tal como recogen en el Graphene Flagship Program de la Unión Europea:
- Es 200 veces más resistente que una lámina de acero del mismo espesor. Un espesor, por otro lado, imposible de lograr con el acero.
- Es ligero, flexible y elástico, además de prácticamente transparente.
- Tiene una conductividad del calor y de la electricidad muy elevadas.
- Es reactivo con otras sustancias y tolera también la introducción de impurezas, lo que abre muchas vías para el desarrollo de diferentes materiales con grafeno.
- Puede autorrepararse. Bajo ciertas condiciones, si sufre daños, los átomos cercanos se reorganizan para recuperar la estructura original.
Estas propiedades lo han convertido en un candidato a multitud de aplicaciones electrónicas que podrían aprovechar algunas de estas propiedades, como los wearables, la ropa inteligente, las pantallas finas y flexibles y la fotografía. Además, existen campos de investigación con grafeno en la medicina y la construcción, y también en las telecomunicaciones.
El grafeno y las comunicaciones ópticas de alta velocidad
Con el objetivo de desarrollar aplicaciones prácticas de este material, la Unión Europea lanzó en 2013 el Graphene Flagship Program, dotado de un presupuesto de 1000 millones de euros durante diez años. Una de las líneas de investigación de este programa es estudiar el uso del grafeno en las comunicaciones ópticas basadas en silicio.
Según las últimas publicaciones al respecto, el grafeno, gracias a su capacidad de emisión, modulación y detección de señales de luz, puede contribuir a aumentar la velocidad y reducir la potencia de los componentes básicos de la tecnología fotónica sobre silicio. Su principal ventaja en este sentido es que se puede integrar a la perfección en todos los procesos de producción industrial de la tecnología del silicio, muy desarrollados.
Aprovechando el potencial del grafeno, los investigadores del programa europeo han demostrado que es posible transmitir datos a una velocidad estable de 50 Gbps mediante tecnología fotónica de grafeno. En este proyecto, el emisor de la información consistió en un modulador de grafeno que codifica los datos en señales ópticas y el receptor fue un fotodetector de grafeno capaz de transformar la modulación de la luz en señales electrónicas.
“Los resultados constituyen un comienzo prometedor para el uso de dispositivos fotónicos basados en grafeno en las comunicaciones”, señaló Daniel Neumaier, responsable de la División de Integración Fotónica y Electrónica del programa.
La puerta a las ondas de terahercios
Las comunicaciones inalámbricas se mueven en el terreno de lo invisible. La tecnología móvil utiliza diferentes bandas del espectro electromagnético para transmitir la información. Por ejemplo, las redes 5G se desplegaron en un principio en la banda de los 3,5 GHz y ahora están ocupando la de los 700 MHz. El grafeno podría abrir la puerta a un territorio, por el momento, inexplorado: la radiación submilimétrica o las ondas de terahercios (THz).
Los también llamados rayos T son ondas electromagnéticas en una frecuencia de entre 0,1 y 30 THz. Es decir, son radiaciones de elevada frecuencia y baja longitud de onda que se sitúan entre las microondas y el infrarrojo. Se trata de un tipo de radiación no ionizante y, en principio, inofensiva para el ser humano, tal como señalan desde uno de los principales laboratorios europeos que las estudian en el French National Centre for Scientific Research.
Los rayos T tienen frecuencias más elevadas que las ondas que se usan hoy para las telecomunicaciones, por lo que podrían permitirnos alcanzar altas velocidades de transmisión de datos sin cables. Con transmisores de grafeno se ha demostrado que es posible emitir datos en la banda de las ondas de THz a velocidades cercanas a los 100 Gbps. Por ahora, la producción de esta tecnología está lejos de ser una realidad comercial y permanece en los laboratorios. Sin embargo, sus resultados son prometedores.
Además de las aplicaciones en telecomunicaciones y electrónica, el grafeno ha resultado ser un material muy útil para proyectos tan dispares como tecnologías de depuración de agua, componentes de seguridad de las redes eléctricas, paneles de control de vehículos y células fotovoltaicas, tal como recoge el último informe del Graphene Flagship Program. Sin embargo, todos estos desarrollos siguen, por ahora, pendientes de que la producción a gran escala y coste reducido del grafeno sea una realidad.Imágenes | Graphene Flagship, Unsplash/JJ Ying, Emile Guillemot
