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Fotodetectores de grafeno para acelerar las comunicaciones ópticas

El macroproyecto europeo Graphene Flagship ha conseguido integrar el grafeno para crear fotodetectores que funcionan en las longitudes de onda de las telecomunicaciones, lo cual facilitará y acelerará las comunicaciones ópticas, con bajo consumo de energía. Por Carlos Gómez Abajo.

Fotodetectores de grafeno para acelerar las comunicaciones ópticas

Dando un paso importante hacia la integración del grafeno en la fotónica de silicio, los investigadores del macroproyecto eminentemente europeo Graphene Flagship han publicado un artículo que muestra cómo puede proporcionar el grafeno una solución simple para la fotodetección de silicio en las longitudes de onda de las telecomunicaciones.

Publicada en la revista Nano Letters, la investigación es una colaboración entre la Universidad de Cambridge (Reino Unido), la Universidad Hebrea de Jerusalén (Israel) y la Universidad John Hopkins (Baltimore, EE.UU.).

La misión de Graphene Flagship es llevar el grafeno fuera de los laboratorios académicos, hasta la industria y la sociedad. Por eso el proyecto se centra en problemas reales, como las comunicaciones ópticas.

Éstas son cada vez más importantes, ya que tienen el potencial de resolver uno de los mayores problemas de nuestra era de la información: el consumo de energía. En un futuro próximo, los mayores consumidores de tráfico de datos serán las comunicaciones máquina a máquina y la Internet de las Cosas (IO).

Para desarrollar la IO y el nivel de información que requiere, la fotónica de silicio actual tiene un problema: necesita diez veces más energía de la que podemos proporcionar. Por lo tanto, si queremos que una edad nueva y mejorada de Internet, hace falta encontrar nuevas soluciones tecnológicas de alta eficiencia energética. Esta es la razón por la que la comunicación óptica basada en el grafeno es tan importante.

En los últimos años, las comunicaciones ópticas han aumentado su viabilidad mediante interconexiones electrónicas estándar basadas en metal. El fotodetector a base de silicio utilizado en las comunicaciones ópticas actuales tiene un problema importante cuando se trata de la detección de datos en el rango del infrarrojo cercano, que es el intervalo usado para las telecomunicaciones.

La industria de las telecomunicaciones ha superado este problema mediante la integración de absorbentes de germanio en los dispositivos fotónicos de silicio estándar. Con este proceso se ha conseguido que los dispositivos funcionen plenamente en los chips. Sin embargo, el proceso es complejo.

El nuevo método

En el nuevo artículo, el grafeno se interconecta con el silicio en el chip para hacer fotodetectores de barrera Schottky de alta responsividad (la cantidad de electrones que es capaz de generar en relación con los fotones recibidos; dicho de otra forma, es la corriente eléctrica que entrega a la salida en relación con la potencia óptica de entrada).

Su alta capacidad de respuesta es comparable a la de los detectores de silicio con germanio se utilizan actualmente en la fotónica de silicio.

El profesor Andrea Ferrari, del Cambridge Graphene Centre, y jefe de Ciencia y Tecnología de Graphene Flagship, señala en la nota de prensa oficial que el grafeno puede vencer a la tecnología fotónica de silicio actual en términos de consumo de energía. «Tenemos la intención de transferir 4×28 GB / s en 2018. Empresas como Ericsson y Alcatel-Lucent se han unido al proyecto para ayudar a desarrollarlo», destaca.

«Hemos demostrado el potencial en cuanto al detector, pero también tenemos que producir un modulador basado en grafeno para tener un sistema completo, con bajo consumo de energía. Es un gran reto y una gran oportunidad para Europa, ya que hay un alto valor añadido en los dispositivos que hará rentable fabricarlos en Europa», dice Ferrari.

Semana del Grafeno

Los investigadores participantes en Graphene Flagship se reunieron hace un mes en Atenas (Grecia) en la Semana del Grafeno para poner en común las últimas novedades de los múltiples proyectos que se están desarrollando.

Entre otras utilidades, se está investigando un monitor de frecuencia cardiaca y sensor de infarrojos realizado con optoelectrónica. También se utiliza en otras aplicaciones de detección, tanto dentro como fuera del cuerpo.

Referencia bibliográfica:

Ilya Goykhman, Ugo Sassi, Boris Desiatov, Noa Mazurski, Silvia Milana, Domenico de Fazio, Anna Eiden, Jacob Khurgin, Joseph Shappir, Uriel Levy, Andrea C. Ferrari: On-Chip Integrated, Silicon–Graphene Plasmonic Schottky Photodetector with High Responsivity and Avalanche Photogain. Nano Letters (2016). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b05216.

RedacciónT21

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