Transistores de un solo átomo

Tal como lo predijo Gordon Moore, el tamaño de los transistores que conforman los chips electrónicos se reduce a la mitad cada más o menos 18 meses. Los investigadores de diferentes universidades, utilizando un fenómeno conocido como “efecto túnel”, acaban de crear un transistor funcional de un solo átomo, adelantándose años a las predicciones de Moore. Pero, ¿para qué sirve?

Resulta evidente que el tamaño de los “ladrillos” utilizados para construir toda la tecnología electrónica moderna se reduce día a día. A medida que los transistores se hacen más pequeños, nuestros gadgets y ordenadores son más potentes, baratos y eficientes desde el punto de vista energético. Lejos de ser una carrera sin sentido, la miniaturización de estos componentes básicos hace posible que disfrutemos de dispositivos que hace solo 5 años parecían imposibles de crear.  Simplificando mucho, podemos pensar en un transistor como si fuese una llave. Estos dispositivos tienen -generalmente- tres terminales, y la corriente circula (o no) desde uno de ellos hacia otro, según el estado que tenga el tercero. Los transistores actuales, con tamaños que se miden en milmillonésimas partes de metro, están compuestos por miles de átomos que se encargan de manejar la corriente que los atraviesa.

Un grupo de investigadores, pertenecientes a la Universidad Tecnológica de Helsinki (Finlandia), Universidad de New South Wales (Australia), y la Universidad de Melbourne (Australia) han creado un transistor sumamente especial, cuyo pequeño tamaño difícilmente pueda volver a ser superado: está compuesto por solo  un solo átomo. Básicamente, consiste en un átomo colocado entre dos electrodos de metal pero, a pesar de tan sencillo diseño, es plenamente funcional. Para lograr esto los investigadores se han basado en el denominado “efecto túnel”, un principio de la mecánica cuántica que predice la forma en que una partícula puede “violar” los principios de la mecánica clásica, atravesando una barrera de potencial mayor que la energía cinética que posee la propia partícula. El transistor presentado por los científicos funciona a partir del “tunelado energético” de los electrones que circulan entre la fuente y el drenaje. El átomo utilizado es de fósforo, y el túnel por el que circulan los electrones puede ser abierto o cerrado simplemente controlando la tensión en el metal.

Por supuesto, hay una gran trampa detrás de esta noticia. Si bien el “corazón” del transistor está compuesto por un solo átomo, el dispositivo completo -incluyendo los electrodos de metal- es tan grande como cualquier transistor convencional. Si bien resulta revolucionario que pueda conmutarse el paso de una señal utilizando solo un átomo, lo cierto es que si se reemplazaran los transistores actuales por este modelo basado en fósforo, no se podrían empaquetar más dispositivos por circuito integrado de los que caben utilizando la tecnología de semiconductores actual. Sin embargo, tal como explica el Dr. Mikko Möttönen, miembro del equipo, su grupo no estaba interesado especialmente en construir el transistor más pequeño para aplicaciones “clásicas”, sino más bien uno capaz de operar con un bits cuánticos (Qubits). Esto convertiría al pequeño transistor en un elemento indispensable de los ordenadores cuánticos del futuro. Aún con estas limitaciones, el descubrimiento resulta muy importante y permite estudiar algunos fenómenos que tienen lugar en condiciones de tamaño extremo.