En resumen
Investigadores de varias universidades se han unido para desarrollar un tipo radical de transistor. En lugar de utilizar silicio, el equipo empleó grafeno para construir una serie de puertas lógicas que consume menos energía, pero podría funcionar 1.000 veces más rápido que las actuales.
El grafeno vuelve a la carga
El descubrimiento del grafeno en 2004 desencadenó una oleada de estudios para aislar otros materiales bidimensionales. Se descubrió que el grafeno era un material excepcional, con un conjunto de propiedades únicas y notables. Una de ellas es su capacidad para conducir la electricidad diez veces mejor que el cobre, el conductor más utilizado en electrónica. A temperatura ambiente, el grafeno también puede conducir la electricidad 250 veces mejor que el silicio, una velocidad superior a la de cualquier otra sustancia conocida.
Estas propiedades llevaron a un equipo de investigadores de Northwestern University, The University of Texas at Dallas (UT Dallas), University of Illinois at Urbana-Champaign y University of Central Florida (UCF) a plantearse desarrollar un transistor basado en grafeno. En un estudio publicado en la revista Nature Communications, el equipo descubrió que un transistor basado en grafeno podría funcionar mejor que los transistores de silicio que se utilizan en los ordenadores actuales.
Antes, una breve explicación: los transistores son fundamentales en los circuitos informáticos actuales, ya que funcionan como interruptores de encendido y apagado que permiten el paso de señales electrónicas y energía eléctrica. Al combinarse, los transistores forman puertas lógicas —el núcleo de los microprocesadores—, que actúan como entradas y salidas y representan 0 o 1 (los llamados bits binarios). Estas puertas permiten a los microprocesadores resolver problemas lógicos y computacionales.
«Si queremos seguir impulsando la tecnología, necesitamos ordenadores más rápidos que puedan ejecutar simulaciones más amplias y mejores para la ciencia del clima, la exploración espacial y Wall Street», afirmó el coautor Ryan Gelfand, profesor adjunto de UCF, en un comunicado de prensa. «Para lograrlo, ya no podemos depender de los transistores de silicio».
Mejores puertas lógicas
Desde 2005, los microprocesadores fabricados con transistores de silicio se han estancado en velocidades de procesamiento que suelen oscilar entre 3 y 4 gigahercios. Hay un límite para la velocidad de las señales y la cantidad de energía que estos transistores pueden manejar, en gran medida debido a la resistencia del material. Sin embargo, el equipo de investigadores encontró la forma de superar esta limitación utilizando grafeno en lugar de silicio.
Primero, los investigadores fabricaron una cinta de grafeno al abrir longitudinalmente un nanotubo de carbono (una fina lámina de grafeno plegada). Después aplicaron un campo magnético a la cinta de grafeno y se dieron cuenta de que podían controlar la resistencia de la corriente que fluía por ella. Al usar nanotubos adyacentes para aumentar o reducir la corriente, el campo magnético podía controlar su flujo.
Los circuitos lógicos del equipo, basados en transistores de grafeno, multiplicaron por mil la velocidad de reloj de los microprocesadores y necesitarían una centésima parte de la energía que requieren los ordenadores basados en silicio. Además, estos circuitos también eran más pequeños que los circuitos lógicos que utilizan transistores de silicio. Esto podría permitir fabricar dispositivos electrónicos más pequeños con más funciones, explicó Gelfand. Otro estudio también exploró el grafeno como posible condensador para ordenadores cuánticos.
Un sistema informático compuesto íntegramente de carbono todavía existe solo sobre el papel, afirma el coautor Joseph S. Friedman, de UT Dallas, pero Friedman y sus colaboradores del laboratorio de investigación NanoSpinCompute están trabajando actualmente en un prototipo.
«Las excepcionales propiedades de los materiales de carbono permiten operar en el rango de los terahercios y reducir en dos órdenes de magnitud el producto de potencia por retardo frente a los microprocesadores más avanzados», escribieron los investigadores. «Esperamos inspirar la fabricación de estos circuitos lógicos en cascada para impulsar una generación transformadora de computación energéticamente eficiente».
