Crean un transistor molecular que funciona según la mecánica cuántica

Utiliza la función de onda de los electrones para regular el paso de la corriente.


Un equipo de físicos de la Universidad de Arizona, en Estados Unidos, ha descubierto cómo convertir moléculas individuales en transistores operativos. Su descubrimiento serviría para la elaboración de una nueva generación de ordenadores, mucho más pequeños y potentes, así como para aplicaciones nanotecnológicas.

Según publica la universidad de Arizona en un comunicado, los investigadores ya han puesto en marcha la patente del llamado Quantum Interference Effect Transistor o “QuIET”. Más información acerca del transistor molecular ha sido publicada por los autores en la revista on-line de la American Chemical Society, Nano Letters.

Un transistor, cuyo nombre proviene de la contracción de transfer resistor o resistencia de transferencia, es un dispositivo electrónico semiconductor que enciende y apaga las corrientes eléctricas “levantando o bajando” barreras electrónicas que las bloquean o permiten, como si fuera una llave de agua. Toda la electrónica moderna utiliza transistores: en radios, televisores, microondas, etc.

En la actualidad, la industria ha llegado a fabricar transistores de hasta 65 nanómetros de tamaño (un nanómetro es la billonésima parte de un metro), pero los físicos de la Universidad de Arizona aspiran a fabricarlos de tan sólo un nanómetro.

Solución cuántica

Los inventores Charles Stafford, David Cardamone y Sumit Mazumdar señalan que los transistores actuales regulan las corrientes eléctricas levantando o bajando una barrera energética que permite o evita los flujos de la electricidad, pero que no pueden encogerse más allá de los 25 nanómetros porque a esa escala cualquier problema energético sería irresoluble.

Hace tres años, los científicos se pusieron a trabajar acerca de la tecnología de los transistores y los problemas a los que se enfrentaba la próxima generación de ellos. Se dieron cuenta de que la mecánica cuántica podía resolver el problema de cómo regular el flujo de corriente en un transistor formado por una sola molécula que podría trabajar a temperatura ambiente, sin tener que levantar ni bajar “barreras electrónicas”.

Se trata de un sistema más delicado que el de colocar una “pared” para que se detenga la corriente. Consiste en regular la combinación de la función de ondas de los electrones, para encender o apagar el transistor. La molécula más simple que los científicos han propuesto para fabricar el QuIET es la del benceno, una molécula con forma de anillo (anillo bencénico). Esta molécula está formada por seis átomos de hidrógeno y seis de carbono, agrupados gracias a un enlace covalente, es decir, entre dos elementos no metales.

Nuevas pistas

Tal como se explica en el comunicado de la Universidad de Arizona, lo que los científicos han descubierto es cómo acoplar dos pistas eléctricas al anillo bencénico para crear dos vías alternativas por las que podría fluir la corriente. Asimismo, han añadido una tercera pista opuesta a una de las otras dos. Otros investigadores han conseguido acoplar dos contactos a una molécula así de pequeña, pero en esta tercera pista estaría la clave, porque sería la forma de encender y apagar los flujos de corriente.

Las dos primeras corrientes, al pasar a través de cada parte del anillo, simplemente se suman, según la física clásica. En la mecánica cuántica, sin embargo, las ondas de los dos electrones interfieren la una con la otra destructivamente, por lo que la corriente no pasa. Se produce entonces el estado apagado del transistor.

El transistor se enciende modificando la fase de las ondas de manera que no se interfieran. Esto se consigue abriendo una vía adicional a través de la tercera pista. Gracias a cálculos químicos cuánticos, los científicos llegaron a la solución en unas pocas semanas: podían conseguir que las interacciones entre los electrones fueran distintas gracias a esa tercera vía.

Antecedentes

No es la primera vez que se habla de la creación de transistores moleculares. Investigadores del Instituto Nacional para Nanotecnología de la Universidad de Alberta anuciaron el año pasado que habían desarrollado el primer transistor molecular, que permite activar y desactivar el flujo de corriente eléctrica.

El artífice principal de este descubrimiento, Robert Wolkow, demostró que un átomo en una superficie de silicio puede ser cargado y descargado, mientras los átomos circundantes permanecen neutrales.