En electrónica, nada funciona sin transistores: son los bloques de construcción fundamentales en los que se basan los circuitos lógicos en nuestros chips de computadora. Por lo general, consisten en cristales de silicio, dopados con otros tipos de átomos. Un equipo de investigación suizo / austríaco TUViena, la Universidad de Viena, la Universidad de Zúrich, IBM Zúrich han logrado desarrollar un transistor que funciona de una manera fundamentalmente diferente y consiste únicamente en una molécula única. En lugar de tres electrodos, como en un transistor convencional, este interruptorla molécula solo requiere dos. El nuevo nanointerruptor ahora se ha presentado en la revista especializada Nanotecnología de la naturaleza .
cero o uno
"La característica clave de un transistor es que puede asumir dos estados diferentes", explica Robert Stadler del Instituto de Física Teórica de TU Wien al comienzo del proyecto todavía estaba trabajando en el Departamento de Química Física en elUniversidad de Viena. Según el estado en que se encuentre el transistor, permite que la corriente fluya o no. Un transistor convencional hecho de cristales de silicio tiene tres contactos: la corriente es suministrada por uno de estos y puede fluir haciael segundo; si esto realmente sucede o no depende del voltaje aplicado en el tercer contacto, que se conoce como 'contacto de puerta'.
Con el fin de acomodar cada vez más transistores en un área cada vez más pequeña, los transistores han continuado reduciendo su tamaño en las últimas décadas. Esto ha mejorado drásticamente la eficiencia en la electrónica, pero, sin embargo, trae consigo problemas técnicos cada vez mayores.Como resultado de la tecnología de silicio convencional, se encuentran limitaciones físicas. "Con cristales extremadamente pequeños ya no se tiene suficiente control sobre las propiedades electrónicas, particularmente si solo queda un pequeño número de dopantes y la capa aislante de la puerta permite una fuga cada vez mayor", explica Stadler."Sin embargo, si cambia de cristales a moléculas orgánicas a nanoescala, entonces tiene nuevas oportunidades para cambiar las características de transporte".
De molécula a transistor
Por lo tanto, en la Universidad de Zúrich, los químicos sintetizaron estructuras moleculares organometálicas dotadas de átomos metálicos individuales de hierro, rutenio o molibdeno. Estas moléculas de diseño, que solo tienen alrededor de dos nanómetros y medio de largo, se conectan cuidadosamente usando dos contactos de oro.en el laboratorio de investigación de IBM en Rüschlikon antes de que se les pueda aplicar voltaje.
Para uno de los tipos de moléculas probados, que tiene un átomo de molibdeno colocado en su núcleo, se observaron algunas propiedades bastante notables: de manera similar a un transistor de silicio, esta molécula cambia de un lado a otro entre dos estados diferentes, que difieren en tres órdenes demagnitud en cuanto a su conductividad. Se requirieron simulaciones por computadora complejas para comprender el proceso subyacente; éstas fueron realizadas por Robert Stadler y su estudiante de doctorado Georg Kastlunger en el Vienna Scientific Cluster VSC. Esto permitió que el mecanismo fuera decodificado en unnivel físico cuántico
"Directamente en el átomo de molibdeno hay un cierto espacio que puede ser ocupado por un electrón", dice Robert Stadler. "La cantidad de corriente que puede fluir a través de la molécula a un voltaje determinado depende de si realmente hay o no unelectrón que ocupa este espacio o no ". Y esto en sí mismo puede controlarse. Si el espacio está ocupado, fluirá relativamente poca corriente a un voltaje bajo. Sin embargo, a un voltaje más alto, el electrón puede desalojarse de su lugar especial en elátomo de molibdeno. Como resultado, el sistema cambia a un nuevo estado con conductividad mejorada por un factor de alrededor de mil, causando un fuerte aumento en el flujo de corriente. Por lo tanto, un proceso de conmutación y selección puede llevarse a cabo a través de los dos contactos de oro, entre los cuales se fija la molécula. Ya no es necesario un tercer electrodo, como generalmente se requiere para un transistor convencional, lo que simplifica significativamente el proceso de cableado.
Tecnología para los chips del futuro
La tecnología en sí, sin embargo, sigue siendo demasiado cara para ponerla en producción en masa para chips comerciales de computadora. Es por eso que los experimentos se llevaron a cabo a bajas temperaturas y en un vacío ultra alto. Sin embargo, IBM ya está trabajando en diseños paraincorporan varias de estas moléculas en nanoporos en un chip de silicio, para que funcionen en condiciones ambientales normales a temperatura ambiente. "Esto sería más simple y nuestros métodos teóricos, sin duda, también serían adecuados para tales sistemas", afirma Stadler con confianza.Quizás las moléculas orgánicas con átomos metálicos integrados pueden abrir el camino a interruptores ultrapequeños para nuevos sistemas de almacenamiento; en cualquier caso, existe el potencial para aplicaciones interesantes, particularmente porque la omisión del tercer electrodo permite densidades de integración inigualables ".
El grupo de Robert Stadler está totalmente financiado por becas del Fondo de Ciencia de Austria FWF. Georg Kastlunger recibió una beca de un año, que fue financiada en partes iguales por la Sociedad de Químicos de Austria GÖCH, Academia de Ciencias de Austria ÖAW y Springer Verlag. Los socios del proyecto suizo fueron financiados por la Swiss National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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