Un nuevo giro en uno de los inventos más pequeños pero más grandiosos del siglo XX, el transistor, podría ayudar a alimentar el creciente apetito del mundo por la memoria digital, a la vez que reduciría hasta un 5% la energía de su dieta hambrienta de energía.
Tras años de innovaciones por parte de Christian Binek, de la Universidad de Nebraska-Lincoln, y Jonathan Bird y Keke He, de la Universidad de Búfalo, los físicos se han unido recientemente para crear el primer transistor magnetoeléctrico.
Además de reducir el consumo de energía de cualquier microelectrónica que lo incorpore, el diseño del equipo podría reducir el número de transistores necesarios para almacenar ciertos datos hasta en un 75%, dijo el físico de Nebraska Peter Dowben, lo que daría lugar a dispositivos más pequeños.
Además, podría dotar a esos microelectrónicos de una memoria con trampa de acero que recuerde exactamente el punto en el que lo dejaron sus usuarios, incluso después de ser apagados o de perder la energía de forma abrupta.
Muchos millones de transistores se alinean en la superficie de cada circuito integrado moderno, o microchip, que se fabrica en cantidades asombrosas, aproximadamente 1 billón sólo en 2020, a partir del material semiconductor favorito de la industria, el silicio. Al regular el flujo de corriente eléctrica dentro de un microchip, el minúsculo transistor actúa como un interruptor nanoscópico de encendido y apagado que es esencial para escribir, leer y almacenar datos como los 1s y 0s de la tecnología digital.
Pero los microchips basados en el silicio se están acercando a sus límites prácticos. Esos límites hacen que la industria de los semiconductores investigue y financie todas las alternativas prometedoras que pueda.
Hay un límite a lo que puede hacerse más pequeño. Básicamente, estamos hablando de 25 o menos átomos de silicio de ancho. Y se genera calor con cada dispositivo en un (circuito integrado), por lo que ya no se puede llevar suficiente calor para que todo funcione.
Esta situación se presenta cuando la demanda de memoria digital, y la energía necesaria, se han disparado. El uso de microchips en televisores, vehículos y otras tecnologías no ha hecho más que aumentar la demanda.
Se necesita algo que funcione de forma diferente a un transistor de silicio, para poder reducir el consumo de energía, y mucho.
Los típicos transistores de silicio constan de varios terminales. Dos de ellos, denominados fuente y drenaje, sirven como puntos de partida y final de los electrones que fluyen por un circuito. Encima de ese canal se encuentra otro terminal, la puerta.
La aplicación de un voltaje entre la puerta y la fuente puede determinar si la corriente eléctrica fluye con una resistencia baja o alta, lo que conduce a una acumulación o ausencia de cargas de electrones que se codifica como un 1 o un 0, respectivamente. Pero la memoria de acceso aleatorio, la forma en que se basan la mayoría de las aplicaciones informáticas, requiere un suministro constante de energía sólo para mantener esos estados binarios.
Así que, en lugar de depender de la carga eléctrica como base de su enfoque, el equipo recurrió a una propiedad de los electrones relacionada con el magnetismo que apunta hacia arriba o hacia abajo y que puede leerse, al igual que la carga eléctrica, como un 1 o un 0.
El equipo sabía que los electrones que fluyen a través del grafeno, un material ultrarresistente de sólo un átomo de grosor, pueden mantener sus orientaciones de espín iniciales durante distancias relativamente largas, una propiedad atractiva para demostrar el potencial de un transistor basado en la espintrónica. Controlar realmente la orientación de esos espines, utilizando una potencia sustancialmente menor que la de un transistor convencional, era una perspectiva mucho más desafiante.
Para ello, los investigadores necesitaban recubrir el grafeno con el material adecuado. Afortunadamente, Binek ya había dedicado años a estudiar y modificar precisamente ese material, el óxido de cromo. El óxido de cromo es magnetoeléctrico, lo que significa que los espines de los átomos de su superficie pueden cambiar de arriba a abajo, o viceversa, aplicando una pequeña cantidad de tensión temporal que consume energía.
Cuando se aplica un voltaje positivo, los espines del óxido de cromo subyacente apuntan hacia arriba, forzando en última instancia la orientación del espín de la corriente eléctrica del grafeno para que se desvíe hacia la izquierda y produzca una señal detectable en el proceso. En cambio, un voltaje negativo hace que los espines del óxido de cromo apunten hacia abajo, con lo que la orientación del espín de la corriente del grafeno se desvía hacia la derecha y genera una señal claramente distinguible de la otra.
A pesar de lo prometedora y funcional que fue la demostración del equipo, Dowben dijo que existen muchas alternativas al grafeno que comparten su grosor de un átomo pero que también tienen propiedades más adecuadas para un transistor magnetoeléctrico. La carrera por recubrir el óxido de cromo con esos otros candidatos 2D ya está en marcha, dijo, y marca «no el algo, sino el comienzo de algo».
Dowben relató algunos de los avances esenciales del equipo. La constatación de que los materiales magnetoeléctricos podrían ser un enfoque viable. La identificación del óxido de cromo. La modificación del mismo, tanto para controlar su giro con voltaje en lugar de con magnetismo, que consume mucha energía, como para garantizar que funcione bien por encima de la temperatura ambiente, porque, como dijo Dowben, «si vas a competir con la industria de los semiconductores, no puede funcionar sólo en Nebraska en invierno. Tiene que funcionar en Arabia Saudí en verano«. Luego estaban las simulaciones informáticas respaldadas por la teoría y los múltiples prototipos en fase inicial.
Fuente:
https://ecoinventos.com/nuevo-transistor-reducir-consumo-mundial-energia-digital/
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