El transistor más pequeño cambia la corriente con un solo átomo

miniaturización

22 de diciembre de 2022 12:30 pm dennis l

Los físicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un transistor de un solo átomo, un dispositivo electrónico cuántico que puede cambiar una corriente eléctrica mediante el desplazamiento controlado de un solo átomo.

Karlsruhe (Alemania). Un transistor clásico es un componente semiconductor electrónico que se puede utilizar para controlar o amplificar corrientes y voltajes eléctricos principalmente bajos. Los transistores modernos se pueden encontrar en casi todos los dispositivos eléctricos, como teléfonos móviles o computadoras.

El profesor Thomas Schimmel y sus colegas del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han reconocido la importancia de miniaturizar los transistores y, por lo tanto, han desarrollado el transistor más pequeño del mundo, que puede cambiar la electricidad mediante el desplazamiento controlado de un solo átomo. Con este elemento electrónico cuántico, son posibles energías de conmutación 10.000 veces más bajas que las de las tecnologías de silicio convencionales.

La eficiencia energética comienza poco a poco

Por un lado, las tecnologías de la información y la digitalización en general ahorran mucha energía, pero por otro lado, actualmente son responsables de poco más del diez por ciento del consumo de energía en los países industrializados. Un componente elemental y central de la transformación digital es el transistor, que está presente por miles de millones en casi todos los procesadores de computadoras y en todos los chips de memoria. La adaptación de los requisitos energéticos incluso de los componentes más pequeños dará como resultado un ahorro significativo en grandes cantidades.

El transistor de un solo átomo recientemente desarrollado podría hacer una contribución significativa a la eficiencia energética en este sector. El profesor Thomas Schimmel, director del Centro de Tecnologías de Átomo Único, C.SAT, en KIT y codirector del Centro de Electrónica y Fotónica de Átomo Único, un centro conjunto de KIT y el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich financiado por la Fundación Werner Siemens, Suiza, y sus colegas han publicado cómo funciona en detalle en la revista científica Advanced Materials.

Nuevo enfoque tecnológico

En busca de una solución más eficiente desde el punto de vista energético, el profesor Thomas Schimmel y su equipo han elegido un enfoque tecnológico completamente nuevo. El nuevo transistor consiste exclusivamente en metal y, por lo tanto, no requiere semiconductores. Esto da como resultado voltajes extremadamente bajos y, por lo tanto, reduce drásticamente el consumo de energía.

Los primeros desarrollos del transistor más pequeño del mundo en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe se basaron en electrolitos líquidos. El profesor Thomas Schimmel y su equipo han mejorado aún más esta versión y, por primera vez, han desarrollado un transistor que funciona con componentes sólidos: el electrolito de gel, producido al gelificar un electrolito de plata acuoso con sílice pirógena, combina las ventajas de un sólido con las propiedades electroquímicas de un líquido.

Circuito con un átomo de plata

Para hacer esto, los científicos hicieron dos pequeños contactos de metal con un espacio del ancho de un solo átomo de plata entre ellos. Un solo átomo de plata se puede desplazar a través de un pulso de control eléctrico, cerrando así el circuito.

El transistor más pequeño del mundo cambia la electricidad a través del movimiento reversible controlado de un solo átomo. Sin embargo, a diferencia de los dispositivos electrónicos cuánticos convencionales, el transistor de un solo átomo funciona a temperatura ambiente, lo cual es una ventaja clave para futuras aplicaciones.

materiales avanzados; doi: 10.1002/adma.201801225