CORRIENTE ELECTRICA ENTRE DOS METALES DISPARES

Comportamiento de la corrienteEn el punto donde entran en contacto dos cables, cada uno de un metal muy distinto del otro, las cargas eléctricas pueden experimentar cambios importantes de conducta cuando las dimensiones de ese punto de unión son muy pequeñas. Un nuevo estudio revela detalles inesperados sobre ese comportamiento.
El tamaño de las piezas de los circuitos electrónicos disminuye cada año, gracias a la agresiva miniaturización augurada por la Ley de Moore, la cual postuló que la densidad de transistores en los circuitos integrados se duplicaría cada 18 meses aproximadamente.
Este progreso constante ha hecho posible que podamos llevar ordenadores en nuestros bolsillos, pero plantea serios retos. Al disminuir hasta la escala atómica los tamaños de las piezas, la conducta en ellas de las cargas eléctricas deja de estar atada a las leyes del mundo macroscópico y empieza a obedecer cada vez más a las leyes del mundo microscópico, incluyendo las de la mecánica cuántica.
Para construir los chips de ordenador del futuro, los diseñadores necesitarán conocer a fondo cómo se comporta una carga eléctrica cuando se confina a cables metálicos de sólo pocos átomos de diámetro.
El equipo del físico Peter Grütter, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, en colaboración con especialistas del centro de investigación y desarrollo que la empresa General Motors tiene en Warren, Michigan, Estados Unidos, han mostrado que la corriente eléctrica puede disminuir drásticamente en la unión de cables de dos metales distintos. Los investigadores estudiaron un contacto minúsculo entre oro y tungsteno, dos metales que actualmente se utilizan en combinación para chips de ordenador a fin de conectar distintos componentes funcionales de un dispositivo.
La reducción sorprendentemente marcada de la corriente, que constituye un buen ejemplo de “rareza cuántica”, revela un importante reto que podría influir en las decisiones que se tomen para escoger los materiales y al diseñar dispositivos en el campo emergente de la nanoelectrónica.

CREAN UN CABLE DE 4 ÁTOMOS DE ANCHO Y 1 DE ALTO

La miniaturización de los cables eléctricos ha alcanzado una cota que hasta hace no muchos años era exclusiva de la ciencia-ficción. En un nuevo y asombroso avance, se ha conseguido crear un cable tan delgado que hay que medirlo por átomos: mide 4 átomos de ancho y 1 de alto. Se trata del cable con silicio más minúsculo fabricado hasta la fecha. Y es 20 veces más delgado que los cables de cobre más pequeños disponibles ahora en los microprocesadores.

El cable ha sido fabricado mediante la estrategia de ubicar con la debida precisión cadenas de átomos de fósforo dentro de un cristal de silicio.
Se ha demostrado que este singular cable tiene la misma capacidad de conducir la corriente eléctrica que los cables de cobre. A pesar de su diámetro increíblemente diminuto (10.000 veces más fino que un cabello humano), los cables de esta clase tienen propiedades eléctricas excepcionalmente buenas, lo que hace suponer que servirán para conectar componentes de tamaño atómico en las computadoras cuánticas del mañana.
La hazaña tecnológica es obra de un equipo encabezado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, la de Melbourne, y la de Purdue, las dos primeras en Australia y la tercera en Estados Unidos.
El desarrollo de este cable podría proporcionar a los ingenieros electrónicos una hoja de ruta para el desarrollo definitivo de los primeros dispositivos computacionales de dimensiones nanométricas, cuyos tamaños estarían al final de lo determinado por la Ley de Moore. La teoría muestra que una sola fila densa de átomos de fósforo insertados en silicio marcará el límite definitivo de la miniaturización en la electrónica.
Un cable de tamaño atómico. (Foto: Purdue University/Sunhee Lee, Hoon Ryu y Gerhard Klimeck)
Para el ámbito de la física, el desarrollo de este cable y su comportamiento demuestran que la Ley de Ohm, que establece la relación entre la corriente eléctrica, la resistencia y el voltaje, sigue siendo válida en tamaños progresivamente más pequeños hasta incluir también un cable de dimensiones atómicas.

CREAN UN NANOTRANSISTOR QUE SUSTITUIRÁ AL SILICIO

Permitirá la rápida miniaturización de los componentes electrónicos de los ordenadores
Ingenieros de la Universidad de Manchester han usado un nuevo material llamado graphene, de tan solo un átomo de grosor, para crear el transistor más pequeño del mundo. Este adelanto puede agilizar el desarrollo de un nuevo tipo de chip para ordenadores súper rápidos, inimaginables con los chips actuales de silicio. Sus creadores aseguran que esta innovación permitirá agilizar la miniaturización de elementos electrónicos y puede convertirse en una alternativa prometedora y real cuando la “Era del Silicio” llegue a su fin en 2025.
El profesor Andre Geim y el doctor Kostya Novoselov, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Manchester, han anunciado en el número de marzo de la revista Nature Materials la fabricación del transistor más pequeño del mundo, que podría posibilitar la producción de nuevos chips para ordenadores super rápidos. Este nuevo transistor tiene sólo un átomo de ancho y cincuenta átomos de largo.
En las últimas décadas, los fabricantes han ido llenando de componentes los circuitos integrados. Por ello, el número de transistores y la potencia de estos circuitos se doblan cada dos años aproximadamente. Este fenómeno ha sido denominado la Ley de Moore .
Se trata de una ley empírica, formulada por Gordon E. Moore en 1965, cuyo cumplimiento se ha podido constatar hasta hoy. Ese año, Gordon Moore afirmó que el número de transistores por pulgada en circuitos integrados se duplicaba cada año y que ese mismo crecimiento continuaría durante las décadas siguientes, asegurando el futuro de la informática.
Más pequeños
La velocidad a la que se llenan los circuitos ha ido, sin embargo, decreciendo notablemente. La tecnología basada en el silicio está a punto de alcanzar el mínimo tamaño posible. Por ello, la miniaturización de los componentes electrónicos es el reto más importante al que la industria de los semiconductores se enfrenta en los próximos veinte años.
En este sentido, hace dos años el profesor Andre Geim y sus colegas descubrieron una nueva clase de material que podía ser visto como niveles atómicos individuales separados de una masa de cristales. Este nuevo material fue bautizado como graphene.
El graphene es una molécula de carbono bidimensional, con el espesor de un átomo, con una alta conductividad y una mínima resistencia. En estos dos años, este material se ha convertido en uno de los temas fundamentales de los que se está encargando la física. Gracias al graphene, la famosa Ley de Gordon Moore se podría dar por superada en las próximas décadas.

Material estable
Al mismo tiempo que era anunciado el descubrimiento del graphene, el profesor Geim también anunció la fabricación de un transistor mucho más pequeño a partir de este nuevo material. Aquel primer transistor resultó ser inservible porque no llegaba a hacer correctamente su función de “interruptor”.
Ahora, el equipo de la Universidad de Manchester ha demostrado por primera vez que el graphene se muestra muy estable y con una gran conductividad, incluso cuando es cortado en tiras de sólo unos nanómetros de largo. De este modo han encontrado la manera de solucionar el problema inicial y hacer este tipo de transistores útiles para usarlos en los chips que se ensamblarán en los ordenadores del futuro.
Otros materiales conocidos, como el silicio, que domina toda esta industria, se descomponían y eran inestables incluso en tamaños diez veces mayores. Esta pobre estabilidad ha sido la mayor barrera con la que los investigadores se han topado para usarlos en futuros dispositivos electrónicos más pequeños, comprometiendo y limitando el desarrollo de la microelectrónica.
El equipo de investigación sugiere que los futuros circuitos electrónicos podrán hacerse a partir de una única lámina de graphene. Estos circuitos incluirían un elemento central o punto cuántico, una barrera semitransparente que controla los movimientos individuales de los electrones, interconectares y puertas lógicas (circuitos de conmutación integrados en el chip), todo ello hecho únicamente de graphene.
Primera prueba
El equipo de Geim ha probado esta idea fabricando un número de transistores de un único electrón que ha sido capaz de funcionar por primera vez a temperatura ambiente, y no en condiciones especiales, y con una alta calidad.
Aunque esta primera prueba es esperanzadora, los investigadores de la Universidad de Manchester advierten que en la actualidad no existe la tecnología capaz de cortar elementos individuales con precisión nanométrica.
Hacer transistores a escala realmente nanométrica es el mismo reto en el que se encuentra la tecnología basada en el silicio, sin embargo, a diferencia del silicio, el graphene se muestra totalmente estable, incluso en estos tamaños, por eso estamos esperanzados, afirma el doctor Leonid Ponomarenko, que también participa en esta investigación, en un comunicado hecho público por la Universidad de Manchester.
El profesor Geim no espera el “nacimiento” de circuitos basados en graphene hasta 2025. Hasta esa fecha, el silicio seguirá siendo dominante en los componentes microeletrónicos. Sin embargo, cree que este material es la única tecnología viable cuando la “Era del Silicio” llegue a su fin.
Este material combina las mejores cualidades de otras tecnologías que han sido consideradas como posibles sustitutas del silicio. Combina en uno sólo material, lo mejor de los nanotubos de carbono y de la electrónica molecular, asegura Geim.