Transistores sin semiconductores

Durante décadas, los dispositivos electrónicos se han ido volviendo más y más pequeños. Actualmente es posible, y de modo rutinario, colocar millones de transistores en un solo chip de silicio. Pero los transistores basados en semiconductores no se pueden miniaturizar de forma ilimitada. A la velocidad con que progresa la tecnología actual, dentro de 10 ó 20 años, ya no será posible miniaturizarlos más. Aparte de eso, los semiconductores tienen otra desventaja: desperdician mucha energía en forma de calor.

La comunidad científica ha venido experimentando desde hace tiempo con diferentes materiales y diseños para transistores, en busca de una solución para estos problemas, utilizando siempre como base semiconductores como el silicio.

El planteamiento del equipo de los físicos Yoke Khin Yap y John Jaszczak, de la Universidad Tecnológica de Michigan (Michigan Tech), en Estados Unidos, es muy distinto, y podría abrir la puerta a una nueva era en la electrónica.

Utilizando láseres, el equipo colocó puntos cuánticos de oro, que medían tan sólo tres nanómetros de diámetro, en las puntas de nanotubos de nitruro de boro especiales.

En colaboración con científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), estos científicos activaron electrodos en ambos extremos de los nanotubos de nitruro de boro especiales con puntos cuánticos, a temperatura ambiente, y algo fascinante sucedió: Los electrones saltaron con gran precisión de un punto cuántico de oro a otro, un fenómeno conocido como Efecto de Túnel Cuántico.

Gracias a este fenómeno, en el caso de la configuración estudiada, los electrones saltan a cada punto cuántico de uno en uno, y esta forma de trasladarse se mantiene estable, de modo tal que el dispositivo siempre funciona de un modo predecible.

Desde los primeros resultados, el comportamiento de este transistor sin semiconductor ha sido verificado de manera exhaustiva. Cuando se le aplica suficiente voltaje, pasa a un estado en el que es conductor. Cuando el voltaje disminuye o cesa del todo, vuelve a su estado natural de aislante.


Por otro lado, no se pierden electrones. Ningún electrón procedente de los puntos cuánticos de oro escapa hacia el interior de los nanotubos de nitruro de boro, manteniéndose así lo bastante frío el canal para el túnel cuántico. En cambio, el silicio sí es propenso a perder electrones, lo que provoca el desperdicio de energía en dispositivos electrónicos y genera mucho calor.

Otros grupos de investigación han creado transistores que explotan el efecto de túnel cuántico. Sin embargo, esos dispositivos son poco prácticos para las aplicaciones cotidianas, ya que necesitan temperaturas bajísimas para funcionar, tanto que se requiere el uso de refrigeración mediante helio líquido.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Dongyan Zhang, Chee Huei Lee, Jiesheng Wang, Madhusudan A. Savaikar, Boyi Hao y Douglas Banyai del Michigan Tech, así como Juan-Carlos Idrobo, Shengyong Qin, Kendal W. Clark y An-Ping Li del ORNL.

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