Lorena Milanovic-6 julio, 2021-Ciencia
Los científicos han desarrollado la pieza de tecnología más delgada del mundo, un dispositivo diminuto de sólo dos átomos de espesor que se puede utilizar para almacenar información electrónica.
El dispositivo consta de dos capas, una formada por boro y el otro de nitrógeno, dispuestos en una estructura hexagonal repetida. Aprovechando un extraño fenómeno de mecánica cuántica, con un efecto llamado túnel cuántico, los electrones de los átomos de boro y nitrógeno pueden atravesar el espacio entre las dos capas, cambiando el estado del dispositivo y permitiéndole codificar información digital.
Esto es similar a la forma en que funcionan los dispositivos informáticos de última generación. Los corazones de las computadoras contienen muchos cristales diminutos, cada uno de los cuales consta de aproximadamente un millón de átomos apilados en múltiples capas de 100 átomos. Al enviar electrones a través de los espacios entre las capas, las computadoras pueden cambiar entre los dos estados binarios (0 y 1) que forman la base de la unidad básica de información digital, el bit.
“En su estado tridimensional natural, este material (el cristal) está formado por una gran cantidad de capas colocadas una encima de la otra, con cada capa rotada 180 grados con respecto a sus vecinas”, dijo en un comunicado Moshe Ben Shalom, físico de Universidad de Tel Aviv y coautor del estudio que desarrolló la nueva tecnología. “En el laboratorio, pudimos apilar artificialmente las capas en una configuración paralela sin rotación, lo que hipotéticamente coloca átomos del mismo tipo en una superposición perfecta a pesar de la fuerte fuerza repulsiva entre ellos (resultante de sus cargas idénticas)”.
El túnel cuántico permite que las partículas, en este caso los electrones, atraviesen barreras aparentemente infranqueables. Esto se debe a que, en la física cuántica, las partículas existen como ondas y partículas simultáneamente; esas ondas son las probabilidades proyectadas de que la partícula exista en un espacio dado. Al igual que una ola que se estrella contra una ingle en el mar dará como resultado una ola más pequeña que se propaga hacia el otro lado, las partículas que existen como olas también tienen alguna probabilidad de existir en el otro lado de una barrera.
Es esta capacidad la que permite que los electrones salten entre las capas de boro y nitrógeno del dispositivo.
En realidad, el equipo dijo que las dos capas no se alinean perfectamente, sino que prefieren deslizarse ligeramente fuera del centro una de la otra para que las cargas opuestas de cada capa se superpongan. Esto hace que los electrones libres (cargados negativamente) se muevan hacia una capa y los núcleos atómicos cargados positivamente hacia la otra, creando una pequeña cantidad de polarización electrónica (un lado con carga positiva y el otro con carga negativa) dentro del dispositivo. Al ajustar cómo se relaciona una capa con la otra, la polarización se puede revertir, cambiando el dispositivo de un estado binario a otro, y con él la información almacenada.
Al reducir el tamaño de la tecnología a solo dos capas de átomos, los investigadores podrían acelerar el movimiento de los electrones. Un movimiento de electrones más rápido podría hacer que los dispositivos futuros sean más rápidos, menos densos y más eficientes energéticamente.
A lo largo del auge de la informática a finales del siglo XX y principios del XXI, la ley de Moore describió el crecimiento de la potencia de procesamiento de la computadora, que dice que la cantidad de transistores que pueden caber en un chip se duplica cada dos años, con un aumento del rendimiento que lo acompaña. . Pero a medida que los fabricantes de chips alcanzan los límites físicos fundamentales sobre cómo se pueden convertir los transistores pequeños, esta tendencia se está desacelerando. Los investigadores esperan que los chips electrónicos basados en el diseño del nuevo dispositivo puedan cambiar esta desaceleración.
“Esperamos que la miniaturización y el volteo (la polarización del dispositivo) mediante el deslizamiento mejoren los dispositivos electrónicos actuales y, además, permitan otras formas originales de controlar la información en dispositivos futuros”, dijo el autor principal Maayan Vizner Stern, candidato a doctorado en la Universidad de Tel Aviv, dijo en el comunicado.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 25 de junio en la revista Science.
