El grafeno podría revolucionar las redes de fibra óptica

Paralelamente, dos grupos de científicos han desarrollado fotodetectores sorprendentemente rápidos y compactos.

tos fluyen hacia grandes grupos de usuarios. Sin embargo, la conexión a los usuarios individuales; es decir consumidores y gran medida pequeñas empresas, aún es realizada con cables de cobre.

Los cables de fibra óptica tienen una capacidad en extremo alta de transmisión de datos. El elemento que actualmente limita la capacidad de las redes, son los equipos receptores situados al final de los cables, donde las señales eléctricas son convertidas en señales ópticas, y viceversa.

La semana pasada, dos informes científicos sobre el tema fueron publicados simultáneamente. Un común denominador es que ambos apuntan a la creación de conexiones más veloces de fibra óptica.

Uno de los informes fue presentado en Austria por Technische Universität Wien (Universidad Técnica de Viena), donde un grupo de científicos ha elaborado mediante grafeno un fotodetector ultrarrápido, que convierte las señales ópticas en electrones. Asimismo, este fotodetector es tan pequeño que, según los científicos, un chip de silicio de 1 cm² tiene espacio para 20.000 detectores. Según los científicos, el dispositivo tiene soporte para todas las frecuencias relevantes para las telecomunicaciones.

Hace dos años, el grupo de científicos, presidido por el catedrático y experto Thomas Müller, demostró que el grafeno es una sustancia idónea para la conversión de luz en corriente eléctrica. Esto hace que este material también sea adecuado para células fotoeléctricas o solares.

En un comunicado, Müller explica que “hay numerosos materiales que pueden convertir la luz en electricidad, pero el grafeno permite una conversión especialmente rápida”. Habiendo constatado lo anterior, Müller considera que grafeno tiene el potencial de convertirse en el material preferido en soluciones donde grandes volúmenes de datos deban ser transmitidos en breves periodos de tiempo.

Sin embargo, ese sería sólo el comienzo, ya que el grupo de científicos, en cooperación con colegas de la Universidad Johannes Kepler, en Linz, demostraron que el fotodetector de hecho puede ser integrado en un chip. “Un pequeño conductor con un diámetro de aproximadamente 200 x 500 nanómetros lleva la señal óptica a la capa de grafeno, donde es convertida en una señal eléctrica, que posteriormente puede ser procesada en el chip”, explica Müller.

En su nota de prensa, los científicos indican que un chip con 20.000 detectores podría, en teoría, recibir datos provenientes de 20.000 distintos canales de información.

Según Müller, estas tecnologías no son únicamente relevantes cuando los datos deben ser transferidos por largas distancias, sino también en aquellos casos en que ocurre todo lo contrario; es decir, en distancias muy cortas. Un ejemplo de ello es la distancia entre los núcleos de procesadores en grandes clusters. Las señales ópticas se desplazan con mayor rapidez que las señales eléctricas, lo que resulta en un mejor desempeño. Paralelamente, los sistemas requerirán menor consumo de corriente eléctrica, lo que a su vez requiere menor refrigeración. En conjunto, la simplicidad de la solución podría resultar en un coste total considerablemente inferior.

Investigación paralela
Curiosamente, científicos del MIT, Columbia University y IBMs T.J. Watson Research Center han desarrollado un fotodetector prácticamente idéntico. Los informes de ambos grupos de investigadores fueron publicados en la misma edición de Nature Photonics.

“No sabíamos que estábamos abocados a la misma investigación”, declara Müller en una nota de prensa reproducida por el MIT. “Sin embargo, complace sobremanera que dos artículos científicos aparezcan en la misma publicación, referida al mismo tema. A mi entender, esto prueba que se trata de materias importantes”, concluye Müller.

En la nota de prensa del MIT, el catedrático Dirk Englund indica que el problema que presenta el grafeno como fotodetector es su baja capacidad de respuesta. En efecto, una capa de grafeno sólo convierte alrededor del 2% de la luz en corriente eléctrica. Y aunque es un volumen de conversión considerable para un material que solo tiene un átomo de espesor, no es lo suficiente como para tener una utilidad práctica. Para incrementar la capacidad de respuesta de un fotodetector es posible amplificar la tensión haciendo que los electrones fluyen antes de perder energía. La desventaja de este método es que se crea una corriente secundaria que genera ruidos para las lecturas del detector, restándole así confiabilidad.

Según Englund, la capacidad de respuesta podría ser incrementada mediante mejoras al sistema, como por ejemplo la incorporación de electrodos de menor espesor.

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