La promesa y los desafíos

La carrera ha continuado desde que comenzaron a aparecer los primeros chips de computadora de silicio. Los fabricantes de hardware se han estado superando constantemente entre sí en un frenesí para meter tantos transistores como sea posible en espacios cada vez más pequeños. En 2014, Intel celebró el lanzamiento de procesadores con transistores aproximadamente 6.000 veces más pequeño que el diámetro de una sola hebra de cabello. Sin embargo, esto está muy lejos del sueño de lograr la fabricación de transistores de nivel molecular. El 17 de junio de 2016, un grupo de investigadores de la Universidad de Pekín en Beijing pudo haber demostrado que este sueño puede ser más cerca de la realidad de lo que pensamos. A medida que continúa la carrera por el hardware más pequeño, también podemos sumergirnos en lo que esto puede significar para nosotros y los desafíos que pueden enfrentar los fabricantes al tratar de hacer realidad una tecnología del tamaño de una molécula.

El problema con la palabra “molécula”

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Siempre que pensamos en una molécula, pensamos en algo extraordinariamente pequeño, algo tan pequeño que solo puede observarse con equipos altamente especializados. El problema es que, a diferencia de los átomos, las moléculas no siempre tienen dimensiones tan microscópicas. Cuando alguien me dice que ha hecho un transistor que consta de una sola molécula, la primera pregunta que me viene a la mente es: “¿De qué tipo de molécula estamos hablando?”

Una cadena molecular puede ser enorme. Los polímeros como el ADN dentro de cada célula de su cuerpo pueden medir en cualquier lugar desde 1,5 a 3 metros cuando se estira completamente, y eso es solo una molécula. Usualmente usamos cosas como moléculas de agua como punto de referencia para el tamaño, midiendo aproximadamente 0,275 nanómetros de diámetro si tienes curiosidad. Ninguno de estos puede abarcar correctamente una representación adecuada del tamaño de los transistores que han desarrollado los investigadores de la Universidad de Pekín.

Lo que sí sabemos es que estos interruptores están construidos a partir de electrodos de grafeno (una disposición molecular de carbono que tiene un átomo de espesor) con grupos de metileno entre ellos. Ningún medio de comunicación nos ha dado una pista adecuada de cuán grande sería un transistor de este tipo, pero puede ser una apuesta segura que estemos mirando algo más cercano a una molécula de agua (considerando cuán pequeños son los grupos de grafeno y metileno) que un ADN. molécula.

El tamaño no lo es todo

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Si bien es importante asegurarse de tener la mayor potencia posible dentro de una pequeña cantidad de espacio, reducir el tamaño de los transistores no es lo único que puede hacer. Además de hacer un interruptor molecular eficaz que tiene una vida útil significativamente mayor (un año) que sus predecesores (unas pocas horas), los investigadores de la Universidad de Pekín también han logrado otro gran avance: el interruptor también puede comunicarse utilizando fotones en lugar de electrones en movimiento. Los fotones viajan mucho más rápido que las ondas electromagnéticas (hasta 100 veces más rápido), lo que significa que podríamos meter más transistores en espacios pequeños y dar a cada uno de esos pequeños cabrones un impulso de velocidad como el Gordon Moore solo podría haber soñado.

Por qué este pequeño hardware es desafiante

Como ocurre con cualquier cosa con la que nos enfrentamos a nivel atómico o molecular, las cosas pueden volverse muy inestables. Por ejemplo, los campos electromagnéticos tienen una fuerte tendencia a hacer que las estructuras atómicas de los metales y otros materiales conductores cambien ligeramente. Tal cambio puede interpretarse como una señal. Los “granos” microscópicos de material a nivel atómico también podrían hacer que los transistores no funcionen correctamente. Los investigadores de la Universidad de Pekín han logrado hasta ahora crear un interruptor que podría activarse y desactivarse más de cien veces, con una duración de un año. Si bien este es un logro maravilloso en su forma actual, dudo que muchas personas estén encantadas de tener una computadora con la vida útil de un hámster propenso al cáncer. El primer desafío real es aislar el entorno microelectrónico de tal manera que pueda funcionar durante más de una década.

Incluso si alguien finalmente construye un interruptor molecular viable y altamente duradero, llevarlo a un proceso de fabricación simplificado presenta un desafío completamente nuevo por sí solo. En el futuro previsible, los circuitos integrados son el método de referencia para la comunicación interna de hardware. Hacer que este voluminoso sistema funcione con interruptores moleculares es casi imposible. Para colmo de males, medir cosas dentro de los pequeños espacios entre moléculas (lo que debe hacer para leer los datos almacenados en el interior) requiere entornos altamente especializados que necesitan mucha energía para mantenerse.

El Takeaway

El esfuerzo de tener interruptores del tamaño de algunas de las moléculas más pequeñas que la humanidad puede manipular es muy tentador y prometedora. Es decir, si los fabricantes pueden superar obstáculos como requerir temperaturas criogénicas para leer datos, eliminar la brecha en la conectividad entre las moléculas y los circuitos electromagnéticos del nivel de los cavernícolas y mitigar de alguna manera la pequeña vida útil de esta tecnología cuando se pone a prueba en el mundo real. Si pueden superar estos obstáculos, entonces sí, la tecnología de interruptores moleculares ciertamente creará una revolución que dejará completamente obsoletos los circuitos integrados actuales y los chips basados ​​en silicio.

¿Cuándo cree que seremos capaces de superar todos estos desafíos? ¡Cuéntanoslo en un comentario!

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