Físicos del MIT han creado un transistor con un material ferroeléctrico que podría revolucionar la electrónica. El material -una innovación del mismo equipo central y sus colegas en 2021- es ultrafino y separa las cargas positivas y negativas en capas diferentes.
Dirigido por Pablo Jarillo-Herrero, catedrático de Física Cecil e Ida Green, y Raymond Ashoori, catedrático de Física, el equipo ha demostrado que su novedoso transistor supera los estándares actuales de la industria en varios aspectos clave.
En el centro del nuevo transistor se encuentra el material ferroeléctrico apilado en una configuración paralela, una disposición que no se da de forma natural.
Cuando se aplica un campo eléctrico, las capas se deslizan ligeramente unas sobre otras y alteran las posiciones de los átomos de boro y nitrógeno, cambiando drásticamente las propiedades electrónicas del material.
«En mi laboratorio nos dedicamos principalmente a la física fundamental. Este es uno de los primeros ejemplos, y quizá el más espectacular, de cómo la ciencia básica ha dado lugar a algo que podría tener un gran impacto en las aplicaciones», explicó Jarillo-Herrero a MIT News.
Alto rendimiento y durabilidad
El nuevo transistor se distingue de la electrónica convencional por sus impresionantes prestaciones.
Destaca su capacidad para alternar entre cargas positivas y negativas -esencialmente ceros y unos- a velocidades de nanosegundos. Esta capacidad de conmutación rápida es clave para la informática y el procesamiento de datos de alto rendimiento.
Aún más notable es la durabilidad del transistor. Según el equipo, el transistor no mostró signos de degradación incluso después de la friolera de 100.000 millones de conmutaciones. En comparación, los dispositivos de memoria flash convencionales están plagados de problemas de desgaste y requieren métodos sofisticados para distribuir las operaciones de lectura y escritura por todo el chip.
Además, el transistor ultrafino, de una milmillonésima parte de un metro de grosor, abre la posibilidad de un almacenamiento de memoria informática mucho más denso y de transistores más eficientes desde el punto de vista energético.
Perspectivas de futuro
«Fabricamos el material y, junto con Ray [Ashoori] y Evan [Zalys-Geller, coautor del estudio], medimos sus características al detalle», explica Kenji Yasuda, coautor del estudio y ahora profesor adjunto en la Universidad de Cornell, destacando la sinergia entre los distintos grupos de investigación. «Fue muy emocionante».
A pesar de su potencial aparentemente ilimitado, aún quedan retos por resolver antes de que la tecnología pueda adoptarse de forma generalizada. «Hicimos un solo transistor como demostración. Si se pudieran cultivar estos materiales a escala de oblea, podríamos crear muchísimos más», explicó Yasuda a MIT News.
El equipo de investigación también está estudiando la posibilidad de activar la ferroelectricidad con métodos alternativos, como pulsos ópticos, y de probar los límites de la capacidad de conmutación del material, entre otras posibilidades. El método de producción convencional de estos nuevos ferroeléctricos es complejo y no apto para la fabricación en masa.
«Hay algunos problemas. Pero si los resuelves, este material encaja de muchas maneras en la posible electrónica del futuro. Es muy emocionante», concluye Ashoori.
«Cuando pienso en toda mi carrera en física, éste es el trabajo que creo que dentro de 10 o 20 años podría cambiar el mundo».
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