Los ordenadores, smartphones y otros aparatos electrónicos podrían ser mucho más potentes y, al mismo tiempo, mucho más económicos en el futuro.
Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un nuevo tipo de transistor que sortea las limitaciones fundamentales de los chips informáticos modernos. En la actualidad, estos componentes electrónicos están hechos de silicio, que ha sido el estándar en la industria de los chips durante décadas. Estos componentes son cada vez más pequeños, lo que hace que los ordenadores sean cada vez más rápidos. Pero esta tecnología se topa con un muro físico, conocido como la “tiranía de Boltzmann”. Esta ley determina la tensión mínima necesaria para que un transistor conmute. Cuando la tensión cae por debajo de este umbral, el transistor deja de funcionar, lo que limita su miniaturización.
Aprovechar los efectos cuánticos
Los investigadores del MIT adoptaron un enfoque completamente nuevo para resolver este problema. En lugar de silicio, utilizaron una combinación de dos materiales: antimonuro de galio y arseniuro de indio. Con ellos construyeron “nanocables” verticales microscópicos que sirven de transistores. Según ellos, estos nanocables, de solo 6 nanómetros de diámetro, se cuentan entre los transistores tridimensionales más pequeños jamás fabricados. A esta escala tan pequeña se producen efectos cuánticos, fenómenos de la física que ocurren a nivel atómico. Uno de ellos es el “efecto túnel”. El investigador principal, Yanjie Shao, lo compara con un túnel que atraviesa una montaña: en lugar de que los electrones tengan que “escalar” la montaña, lo que requiere mucha energía, pueden hacer un “túnel” a través de ella. Este efecto cuántico permite al transistor encenderse y apagarse con mucha menos energía.
Chips más eficientes
Los resultados de la investigación, publicados en la revista Nature Electronics, son impresionantes: los nuevos transistores rinden unas 20 veces más que los diseños experimentales comparables y consumen mucha menos energía que los mejores transistores de silicio que se fabrican actualmente. Una ventaja adicional es que su pequeño tamaño permite colocar más transistores en un chip, lo que puede dar lugar a ordenadores más rápidos y que consuman menos energía. “Se trata de una tecnología que podría sustituir al silicio. Se podría utilizar para todas las funciones para las que se utiliza actualmente el silicio, pero con una eficiencia energética mucho mayor”, afirma Shao.
La producción en masa no es inmediata
Sin embargo, el camino hacia la producción en serie aún es largo. Con unas dimensiones tan microscópicas, una desviación de incluso un nanómetro (la milmillonésima parte de un metro) ya puede tener consecuencias importantes para el rendimiento de los transistores. “Aún quedan muchos retos por superar antes de que este método pueda aplicarse comercialmente, pero conceptualmente es realmente un gran avance”, afirma el autor principal, Jesús del Álamo. El equipo está trabajando en métodos para que los transistores sean más uniformes y puedan producirse a gran escala de forma fiable. Además, los científicos están investigando un diseño alternativo con estructuras en forma de aleta en lugar de nanocables redondos. Estas estructuras podrían ser más fáciles de producir de manera uniforme, lo que es esencial para la producción a gran escala.
Si se resuelven estos problemas técnicos, este invento podría revolucionar el mundo de la electrónica. Los centros de datos consumirían mucha menos energía, los smartphones durarían más con una sola carga de batería y los ordenadores serían más potentes sin consumo adicional. Esto sería especialmente importante para el desarrollo de la inteligencia artificial (IA), que requiere cada vez más potencia de cálculo.
Ley de Moore
En las últimas décadas, la continua reducción del tamaño de los chips ha dado lugar a una electrónica cada vez más potente. Este proceso fue impulsado por la Ley de Moore, una observación realizada por el informático Gordon Moore en 1965, quien predijo que el número de transistores en un chip se duplicaría cada dos años. Aunque no es una ley física, esta tendencia ha hecho posible una amplia gama de innovaciones tecnológicas que han cambiado radicalmente nuestra sociedad.
Hoy, sin embargo, esta reducción de tamaño se topa con limitaciones físicas fundamentales. La tecnología actual del silicio casi ha llegado a un punto en el que ya no es posible una mayor miniaturización sin pérdida de eficiencia y fiabilidad. Esto ha obligado a la industria a buscar materiales y enfoques alternativos, como la investigación del equipo del MIT. Sin estos avances, la tecnología de los chips corre el riesgo de estancarse, lo que también podría ralentizar el desarrollo de sectores como la inteligencia artificial y el procesamiento de datos.
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