Las computadoras y dispositivos electrónicos similares se han vuelto más rápidos y pequeños a lo largo de las décadas a medida que los fabricantes de chips de computadora han aprendido a reducir los transistores individuales, los pequeños interruptores eléctricos que transmiten información digital.
La búsqueda de los científicos del transistor más pequeño posible ha permitido que se empaqueten más de ellos en cada chip. Pero esa carrera hacia el fondo casi ha terminado: los investigadores se están acercando rápidamente al mínimo físico para el tamaño del transistor, con modelos recientes de alrededor de 10nanómetros, o solo 30 átomos de ancho.
"El poder de procesamiento de los dispositivos electrónicos proviene de los cientos de millones o miles de millones de transistores que están interconectados en un solo chip de computadora", dijo el Dr. Kyeongjae Cho, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Texas en Dallas"Pero nos estamos acercando rápidamente a los límites inferiores de escala".
Para ampliar la búsqueda de una velocidad de procesamiento más rápida, la industria de la microelectrónica está buscando tecnologías alternativas. La investigación de Cho, publicada en línea el 30 de abril en la revista Comunicaciones de la naturaleza , podría ofrecer una solución ampliando el vocabulario del transistor.
Los transistores convencionales pueden transmitir solo dos valores de información: como interruptor, un transistor está activado o desactivado, lo que se traduce en los 1s y 0s del lenguaje binario.
Una forma de aumentar la capacidad de procesamiento sin agregar más transistores sería aumentar la cantidad de información que transmite cada transistor mediante la introducción de estados intermedios entre los estados de encendido y apagado de los dispositivos binarios. Un transistor lógico denominado de valores múltiples basado en este principiopermitir que se procesen más operaciones y una mayor cantidad de información en un solo dispositivo.
"El concepto de transistores lógicos de valores múltiples no es nuevo, y ha habido muchos intentos de hacer tales dispositivos", dijo Cho. "Lo hemos hecho".
A través de la teoría, el diseño y las simulaciones, el grupo de Cho en UT Dallas desarrolló la física fundamental de un transistor lógico de valores múltiples basado en óxido de zinc. Sus colaboradores en Corea del Sur fabricaron y evaluaron con éxito el rendimiento de un dispositivo prototipo.
El dispositivo de Cho es capaz de dos estados intermedios electrónicamente estables y confiables entre 0 y 1, lo que aumenta el número de valores lógicos por transistor de dos a tres o cuatro.
Cho dijo que la nueva investigación es importante no solo porque la tecnología es compatible con las configuraciones de chip de computadora existentes, sino también porque podría cerrar una brecha entre las computadoras actuales y las computadoras cuánticas, el próximo hito potencial en potencia de cómputo.
Mientras que una computadora convencional usa los valores precisos de 1s y 0s para hacer cálculos, las unidades lógicas fundamentales de una computadora cuántica son más fluidas, con valores que pueden existir como una combinación de 1s y 0s al mismo tiempo o en cualquier punto intermedioAunque aún no se han realizado comercialmente, las computadoras cuánticas a gran escala están teorizadas para poder almacenar más información y resolver ciertos problemas mucho más rápido que las computadoras actuales.
"Un dispositivo que incorpore lógica multinivel sería más rápido que una computadora convencional porque funcionaría con más que solo unidades lógicas binarias. Con unidades cuánticas, tiene valores continuos", dijo Cho.
continuó: "El transistor es una tecnología muy madura, y las computadoras cuánticas no están cerca de ser comercializadas", continuó. "Hay una gran brecha. Entonces, ¿cómo nos movemos de una a otra? Necesitamos algún tipo de camino evolutivo, una tecnología que une los grados de libertad binarios e infinitos. Nuestro trabajo todavía se basa en la tecnología de dispositivos existente, por lo que no es tan revolucionario como la computación cuántica, pero está evolucionando hacia esa dirección ".
La tecnología desarrollada por Cho y sus colegas utiliza una nueva configuración de dos formas de óxido de zinc combinadas para formar una nanocapa compuesta, que luego se incorpora con capas de otros materiales en una superrejilla.
Los investigadores descubrieron que podían lograr la física necesaria para la lógica de valores múltiples al incrustar cristales de óxido de zinc, llamados puntos cuánticos, en óxido de zinc amorfo. Los átomos que comprenden un sólido amorfo no están tan rígidamente ordenados como lo están en los sólidos cristalinos.
"Al diseñar este material, descubrimos que podíamos crear una nueva estructura electrónica que permitiera este comportamiento lógico multinivel", dijo Cho, quien ha solicitado una patente. "El óxido de zinc es un material bien conocido que tiende aformar sólidos cristalinos y sólidos amorfos, por lo que fue una elección obvia para empezar, pero puede que no sea el mejor material. Nuestro próximo paso será ver cuán universal es este comportamiento entre otros materiales mientras intentamos optimizar la tecnología.
"Avanzando, también quiero ver cómo podríamos interconectar esta tecnología con un dispositivo cuántico"
El Dr. Jiyoung Kim, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UT Dallas, y el Dr. Jeongwoon Hwang, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Cho actualmente en la Universidad Nacional de Chonnam en Corea del Sur, son coautores de la Comunicaciones de la naturaleza artículo, junto con investigadores de universidades de Corea del Sur: Universidad de Hanyang, Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju, Universidad de Yonsei, Universidad de Kookmin y Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Dallas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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