Para meter cada vez más potencia informática en su bolsillo, los ingenieros deben encontrar formas cada vez más ingeniosas de agregar transistores a un espacio ya abarrotado.
Desafortunadamente, hay un límite de cuán pequeño puede hacer un cable. Pero una forma retorcida de metal de tierras raras podría tener lo necesario para empujar los límites un poco más.
Un equipo de investigadores financiado por el Ejército de los EE. UU. Ha descubierto una forma de convertir los nanocables retorcidos de uno de los metales de tierras raras más raros, telurio, en un material con las propiedades correctas que lo convierten en un transistor ideal con solo un par de nanómetros de diámetro.
"Este material de telurio es realmente único" dice Peide Ye, ingeniero eléctrico de la Universidad de Purdue.
"Construye un transistor funcional con el potencial de ser el más pequeño del mundo".
Los transistores son el caballo de batalla de todo lo que computa información, usando pequeños cambios a cargo para evitar o permitir que fluyan corrientes más grandes.
Típicamente hechos de materiales semiconductores, pueden considerarse como intersecciones de tráfico para electrones. Un pequeño cambio de voltaje en un lugar abre la puerta para que la corriente fluya, sirviendo como un interruptor y un amplificador.
Las combinaciones de interruptores abiertos y cerrados son las unidades físicas que representan la lógica subyacente del lenguaje binario en las operaciones de la computadora. Como tal, cuanto más tenga en un lugar, más operaciones podrá ejecutar.
Desde el primer grueso transistor fue prototipo Hace poco más de 70 años, una variedad de métodos y materiales novedosos han llevado a una reducción regular del transistor.
De hecho, la reducción fue tan regular que el cofundador del gigante informático Intel, George Moore, famoso observado en 1965 que seguiría una tendencia de transistores que duplicarían su densidad cada dos años.
Hoy esa tendencia ha disminuido considerablemente. Por un lado, más transistores en un punto significa más acumulación de calor.
Pero también hay tantas maneras en que puede depilar átomos de un material y aún así hacerlo funcionar como un transistor. Que es donde entra el telurio.
Aunque no es exactamente un elemento común en la corteza terrestre, es un semi-metal de alta demanda, que encuentra un lugar en una variedad de aleaciones para mejorar la dureza y ayudarlo a resistir la corrosión.
También tiene propiedades de un semiconductor; llevando una corriente en algunas circunstancias y actuando como una resistencia en otras.
Curiosos por sus características a nanoescala, los ingenieros desarrollaron cadenas unidimensionales del elemento y las observaron de cerca bajo un microscopio electrónico. Sorprendentemente, el 'cable' súper delgado no era exactamente una línea ordenada de átomos.
"Los átomos de silicio parecen rectos, pero estos átomos de teluro son como una serpiente. Este es un tipo de estructura muy original". dice Ye.
En una inspección más cercana, descubrieron que la cadena estaba hecha de pares de átomos de teluro unidos fuertemente entre sí, y luego se apilaron en una forma de cristal tirada en una hélice por un débil fuerzas de van der Waal.
Construir cualquier tipo de electrónica a partir de un nanocable arrugado solo es un problema, por lo que para darle al material una estructura, los investigadores buscaron algo para encapsularlo.
Descubrieron que la solución era un nanotubo de nitruro de boro. La hélice de telurio no solo se deslizó cuidadosamente dentro, sino que el tubo actuó como un aislante, marcando todas las casillas que harían que se adaptara a la vida como un transistor.
Lo más importante es que todo el cable semiconductor tenía solo 2 nanómetros de diámetro, lo que lo colocaba en la misma liga que el cable Registro de 1 nanómetro establecido hace unos años.
El tiempo dirá si el equipo puede apretarlo aún más con menos cadenas, o incluso si funcionará como se espera en un circuito.
Si funciona como se esperaba, podría contribuir a la próxima generación de productos electrónicos en miniatura, potencialmente reducir a la mitad el tamaño de microchips actuales de última generación.
"A continuación, los investigadores optimizarán el dispositivo para mejorar aún más su rendimiento y demostrarán un circuito electrónico funcional altamente eficiente utilizando estos pequeños transistores, potencialmente a través de la colaboración con investigadores de ARL". dice Joe Qiu, gerente de programa de la Oficina de Investigación del Ejército.
Incluso si el concepto se desarrolla, hay una variedad de otros desafíos que la tecnología contraída debe superar antes de encontrarla en nuestros bolsillos.
Si bien el telurio no se considera actualmente un recurso escaso, a pesar de su relativa rareza, podría tener una gran demanda en electrónica futura como las células solares.
Esta investigación fue publicada en Nature Electronics.