24/Oct/08

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Los físicos de McGill encuentran un nuevo estado de la materia en un "transistor"

¿Podría ayudar un tipo de cristal de electrones -antes desconocido- al futuro de la electrónica?

Investigadores de la Universidad McGill han descubierto un nuevo estado de la materia, un cristal de electrones quasi-tridimensional, en un material que se parece mucho al que se usa en la fabricación de los transistores modernos. Este descubrimiento podría tener implicancias trascendentales para el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos. Actualmente, la cantidad de transistores que puede haber a bajo costo en un chip de computadora aumenta de manera exponencial, duplicándose cada dos años, una tendencia conocida como Ley de Moore. Pero hay límites, dicen los expertos. A medida que los chips se vuelven más y más pequeños, los científicos esperan que aparezcan leyes raras y comportamientos de la física cuántica, haciendo imposible que los chips continúen achicándose.

Este descubrimiento, y otros esfuerzos similares, podrían ayudar a la industria electrónica cuando las técnicas tradicionales de fabricación se acerquen a estos límites cuánticos durante la próxima década, dijeron los investigadores. Trabajando con uno de los materiales semiconductores más puros jamás fabricado, descubrieron el cristal de electrones quasi-tridimensional en un dispositivo enfriado a temperaturas ultra bajas, unas 100 veces más bajas que la del espacio intergaláctico. El material fue entonces expuesto a los más poderosos campos magnéticos continuos generados sobre la Tierra. Sus resultados fueron publicados en la edición de octubre de la revista Nature Physics.

Los cristales de electrones bidimensionales fueron descubiertos en el laboratorio en los '90, y fueron pronosticados en 1934 por el famoso físico húngaro Eugene Wigner.

"Imagine un sándwich, y el jamón en el medio son los electrones", explicó el Dr. Guillaume Gervais, director del Laboratorio de Experimento en Materia Condensada de Temperatura Ultra Bajo de McGill. "En un cristal de electrones 2D, los electrones están apretados entre dos materiales y son muy bidimensionales. Se pueden mover sobre un plano, como bolas de billar sobre una mesa, pero no hay ningún movimiento ascendente ni descendente. Hay un espesor, pero están atascados".

Sin embargo, hasta un descubrimiento accidental durante un experimento de Gervais de temperatura ultra baja, en 2005, nadie predijo la existencia de los cristales de electrones quasi-tridimensionales.

"Decidimos cambiar la bidimensionalidad aplicando un gran campo magnético, usando el imán más grande del mundo en el Magnet Lab en Florida", dijo. "Uno sólo tiene acceso a él durante unos cinco días al año, y en el tercer día, salió algo totalmente inesperado".

Gervais se refiere a la sorprendente transformación de un sistema bidimensional de electrones dentro del material semiconductor en un sistema quasi-tridimensional, algo que teoría existente no predijo.

"En realidad no es 3D completamente, es un estado intermedio, un fenómeno totalmente nuevo", dijo. "Es esa clase de cosas que los teóricos adoran. Ahora se están rascando la cabeza y tratando de ajustar sus modelos".

La importancia de este descubrimiento en la micro-electrónica y la computación podría ser profunda. Desde la invención del circuito integrado en 1958, la Ley de Moore ha impulsado la acelerada revolución en la electrónica doméstica, la computación personal e Internet que ha cambiado al mundo. Pero según Gervais explicó, la Ley de Moore no es una fuerza irresistible, y en algún momento de la próxima década, chocará inevitablemente con el inamovible objeto de las leyes de la física.

"En un transistor estándar, hay una puerta y el flujo de electrones es controlado por ella como un grifo controlaría el flujo de gas", dijo. "Se puede comprender a las partículas como unidades independientes, que nos permiten tratarlas como unos y ceros, o como encendido y apagado en la computación digital.

"Sin embargo, apenas se baja a la nano escala, entran las fuerzas cuánticas y los electrones podrían condensarse en un estado colectivo y perder su naturaleza individual. Entonces puede ocurrir toda clase de fenómenos raros. En algunos casos, incluso los electrones podrían partirse. Los conceptos de "encendido" y "apagado" pierden todo significado bajo estas condiciones".

"Este asunto es académico, pero no exactamente académico. Los mismos materiales semiconductores con los que estamos trabajando son usados actualmente en los teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos. Necesitamos comprender los efectos cuánticos de modo que podamos usarlos para nuestra propia ventaja y quizás reinventar el transistor totalmente. De ese modo, el progreso en la electrónica continuará sucediendo".

Fuente: Universidad McGill. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard