El final de la Ley de Moore, la predicción de que la densidad del transistor se duplicaría cada dos años, fue uno de los temas más candentes en las discusiones relacionadas con la electrónica en 2015. Las tecnologías basadas en silicio casi han alcanzado los límites físicos de la cantidad y el tamañode transistores que se pueden agrupar en un chip, pero las tecnologías alternativas aún están lejos de la implementación en masa. La cantidad de calor generado durante la operación y los tamaños de átomos y moléculas en los materiales utilizados en la fabricación de transistores son algunos de los problemas que deben resolverse paraLey de Moore para hacer un regreso.
Los tamaños atómicos y moleculares no se pueden cambiar, pero el problema del calor no es insoluble. Investigaciones recientes han demostrado que en los sistemas bidimensionales, incluidos los semiconductores, la resistencia eléctrica disminuye y puede llegar a casi cero cuando están sujetos a la influencia magnética y de microondas.La resistencia eléctrica produce una pérdida de energía en forma de calor, por lo tanto, una disminución de la resistencia reduce la generación de calor. Existen varios modelos y explicaciones diferentes del fenómeno de resistencia cero en estos sistemas, sin embargo, la comunidad científica no ha llegado a un acuerdoen este asunto porque los semiconductores utilizados en electrónica son complejos y los procesos en ellos son difíciles de modelar matemáticamente.
La investigación realizada por la Unidad de Dinámica Cuántica en la Universidad de graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST podría representar un paso importante en la comprensión de semiconductores bidimensionales. El último artículo de la Unidad, publicado en Cartas de revisión física , describe anomalías en el comportamiento de los electrones en electrones en el sistema bidimensional de helio líquido.
El sistema se mantiene a una temperatura cercana al cero absoluto -272.75ºC o 0.4K para mantener el helio licuado. Los electrones extraños se unen a la superficie del helio porque su presencia provoca ligeros cambios en las órbitas de los electrones de helio, lo que induce unacarga positiva sutil en la superficie del helio. Al mismo tiempo, los electrones libres carecen de la energía necesaria para penetrar en la superficie para ingresar al líquido. El sistema resultante es ideal para estudiar varias propiedades de los electrones, ya que tiene prácticamente cero impurezas, lo que evita los artefactos causadospor defectos de superficie y estructura, o debido a la presencia de otros elementos químicos, el Prof.Denis Konstantinov, jefe de la Unidad de Dinámica Cuántica, y su equipo estudian las condiciones bajo las cuales los electrones pueden violar las reglas de selección que regulan las transiciones de un estado a otro.
En un mundo macro percibimos que las transiciones de un estado a otro suceden gradualmente. Por ejemplo, una persona que viaja de la ciudad A a la ciudad B puede hacer un número infinito de paradas. En el micromundo eso no es siempre el caso.Las propiedades, como la energía, la posición, la velocidad y el color, se pueden cuantificar, es decir, pueden aparecer solo en cantidades discretas, es decir, el viajero puede estar en la ciudad A o en la ciudad B, pero no en un punto intermedio.
Dado que la energía de los electrones está cuantizada, los electrones pueden ocupar solo niveles de energía específicos. La teoría cuántica predice que en un sistema de electrones bidimensional, donde los electrones en movimiento están confinados a un plano, bajo un campo magnético fuerte, los electrones también estarán restringidos a la escaladaun paso de la escala de niveles de energía a la vez. Sin embargo, los experimentos muestran que los electrones pueden saltar a niveles de energía más altos, saltando niveles entre ellos. El profesor Konstantinov y su equipo están muy entusiasmados con este descubrimiento: "No todos los días tenemos¡una oportunidad de observar la violación de las predicciones de la teoría cuántica! "
Para estudiar las anormalidades en los cambios de estado de los electrones, los científicos aplicaron un fuerte campo magnético vertical y luego bombardearon el sistema con fotones de microondas. En estas condiciones, las reglas de selección parecen dejar de funcionar. El profesor Konstantinov dice que su grupo había teorizado que talun fenómeno es posible y ahora lo han demostrado.
Las reglas de selección describen un sistema teórico, absolutamente puro y homogéneo sin trastornos. Los sistemas de la vida real son más complejos. En el caso de los electrones en helio, el sistema es puro y homogéneo, pero la superficie del helio líquido se ve perturbada.por ondas capilares: ondas asociadas con la tensión superficial y similares a pequeñas ondas circulares en un estanque cuando se arroja una piedra al agua. La altura de estas ondas es solo el diámetro de un átomo de hidrógeno, pero en combinación con radiación de microondascrean una desviación suficiente de un sistema ideal para que cambien las reglas de selección.
Las condiciones modeladas en el experimento de la Unidad de Dinámica Cuántica son similares a las que condujeron a observaciones de resistencia cero en semiconductores. Sin embargo, los electrones en el sistema de helio son relativamente simples y pueden describirse matemáticamente con gran precisión. Estudiar este sistema fomentará el desarrollode la física cuántica y contribuirá a nuestra comprensión de los electrones y diversos fenómenos eléctricos. Además, con algunos modelos de ajustes, basados en electrones en sistemas de helio, se pueden adaptar a sistemas más complejos, como semiconductores bidimensionales.
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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