Qué son los nanotubos
de carbono, la tecnología que espera superar los desafíos que enfrentan los
actuales microprocesadores, con restricciones físicas ante diseños cada vez más
pequeños.
SAN FRANCISCO.- En la próxima década se espera que
los circuitos que contienen los chips de computadora, con base de silicio, se
fabriquen tan pequeños como sea físicamente posible, lo que ha provocado una
búsqueda de materiales alternativos para tomar su lugar.
Algunos investigadores tienen grandes expectativas
para los nanotubos de carbono y, el lunes, un grupo de investigadores de
Stanford puso a prueba, con éxito, un simple circuito microelectrónico,
integrado por 44 transistores que están fabricados enteramente con fibras
filiformes.
El desarrollo, presentado como un trabajo escrito y
también como una demostración práctica en una conferencia técnica que se llevó
a cabo en San Francisco, es la prueba más sorprendente de que los nanotubos de
carbono pueden llegar a ser el material del futuro una vez que los actuales
chips de silicio alcancen sus límites físicos fundamentales.
IBM, que es uno de los mayores defensores
de los nanotubos para aplicaciones microelectrónicas, ha dejado
en claro su deseo de que la tecnología de los nanotubos de carbono esté lista
dentro de una década, momento en el que se espera que los semiconductores se
reduzcan a las dimensiones mínimas de sólo 5 nanómetros. Pero, hasta ahora, los
investigadores de las universidades y los fabricantes de chips sólo han tenido
éxito en la fabricación de dispositivos individuales, como transistores,
construidos a partir de nanotubos de carbono.
El desarrollo de Stanford marcó la primera creación
y demostración pública de un circuito completo en funcionamiento, lo que
sugiere que el material puede efectivamente cumplir con su promesa.
El silicio, un elemento abundante y natural, que
funciona como conductor y aislante, ya ha durado décadas más de lo que esperaban
los ingenieros informáticos, debido a que se han perfeccionado generaciones de
transistores cada vez más pequeños. Este elemento se utiliza en la industria
del chip para computadoras con el propósito de grabar circuitos mucho más
diminutos que la longitud de onda de la luz, y los ingenieros y los científicos
creen que el material se reducirá aún más, al menos hasta el final de la
década.
Pero, tarde
o temprano, la reducción de los circuitos hechos de este material se detendrá,
poniendo así fin a la era microelectrónica definida por la Ley de Moore (la observación que el cofundador de
Intel, Gordon Moore, hizo en el año 1965, y que establece que la cantidad de
transistores que podrán ser colocados en un chip de silicio se duplica en
intervalos regulares).
El avance de Stanford parece prometedor para
quienes creen que, una vez que la era del silicio llegue a su fin, el proceso
de reducción o achicamiento continuará, y permitirá a los diseñadores aumentar
todavía más la potencia y la capacidad de las computadoras en el futuro.
La demostración de Stanford se llevó a cabo durante
una sesión de la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido, que
se celebra en San Francisco todos los años. Un estudiante de postgrado, Max
Shulaker, optó por una mano de madera, de tamaño humano, conectada a un simple
sistema de motor y engranajes colocado sobre un soporte improvisado. En el
escenario, accionó el interruptor y la mano se sacudió con fuerza.
Fue una demostración simple, pero el grupo de
investigación dijo que su meta era construir un microprocesador completo a
partir de nanotubos de carbono para confirmar el potencial del material.
Además de su pequeño tamaño, los nanotubos de
carbono utilizan mucho menos energía y se encienden más rápidamente que los
transistores de silicio de la actualidad.
"La conclusión es que se puede esperar un
orden de magnitud en el ahorro de energía a nivel del sistema", dijo
Subhasish Mitra, profesor asociado de ingeniería eléctrica en Stanford y
director de Robust Systems Group. Esto ofrece una gran expectativa en el
aumento efectivo de la duración de la batería en los dispositivos móviles de
consumo en el futuro, expresó.
Asimismo, se están estudiando otros nuevos
materiales y variaciones de transistores basados en el silicio con el fin de
ver si se reducirán a tamaños más pequeños. Intel, por ejemplo, el año último
comenzó a usar un transistor tridimensional llamado FinFET. Al girar el
dispositivo sobre su lateral, el fabricante de chips pudo llenar la superficie
de un chip con una mayor cantidad de transistores.
"No digo que no existan otras opciones",
señaló H.-S. Philip Wong, un profesor de ingeniería eléctrica de Stanford.
"Es sólo una cuestión de quién gana cuando se trata de reducir a
dimensiones muy, muy pequeñas".
El desafío de los nanotubos de carbono en su estado
tipo es que forman una gigante "bola de pelo" de moléculas
entrelazadas. Sin embargo, al cultivarlas químicamente en una superficie de
cuarzo, los investigadores pueden alinearlas estrechamente y en filas
espaciadas en forma regular. A continuación, las transfieren a una oblea de
silicio, donde utilizaron técnicas fotolitográficas convencionales para crear
los circuitos.
El obstáculo tecnológico ha sido el desarrollo de
circuitos fiables, incluso cuando un pequeño porcentaje de los cables está mal
alineado. El grupo de Stanford declaró que había perfeccionado una técnica de
circuito que hizo uso de la redundancia para evitar los cables imperfectamente
formados.
El Dr. Mitra dijo que "El 99,5 por ciento se
ve muy bien en una diapositiva de PowerPoint. Pero cuando se habla de una
cantidad de 10 mil millones, el 0,5 por ciento de 10 mil millones es un número
realmente grande, y eso lo arruina por completo".
Más allá de
la microelectrónica, los nanotubos de carbono son prometedores en aplicaciones
comerciales como las baterías recargables, los armazones de bicicleta, los
cascos de barcos, las células solares y los filtros de agua, según un artículo
publicado en la edición del 1 de febrero de la revista Science ..
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