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Transistores de carbono finalmente superan los de silicio

Transistor de nanotubos de carbono
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06/09/2016 - 03:52

Por primera vez, un grupo de científicos ha construido un transistor de nanotubos de carbono que se pueden ejecutar casi el doble de rápido que sus homólogos de silicio.

Esto es un gran avance, porque durante décadas los científicos han estado tratando de encontrar la manera de construir la próxima generación de ordenadores utilizando componentes de nanotubos de carbono, ya que sus propiedades únicas podrían sentar las bases para dispositivos más rápidos que consumen mucho menos energía.

"Este logro ha sido un sueño de la nanotecnología en los últimos 20 años", dijo un miembro del equipo, Michael Arnold, de la Universidad de Wisconsin-Madison.

Desarrollado por primera vez en 1991, los nanotubos de carbono son básicamente de pajillas minúsculas de carbono que miden sólo 1 átomo de grosor. Imagina un pequeño tubo cilíndrico que es aproximadamente 50.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, hecho de átomos de carbono dispuestos en matrices hexagonales.

Debido a su tamaño, los nanotubos de carbono pueden ser empacados por millones en láminas que pueden actuar como un transistor de silicio, los interruptores eléctricos que juntos forman la unidad central de procesamiento de un ordenador (CPU).

A pesar de su tamaño, los nanotubos de carbono tienen algunas propiedades únicas que los hacen el sueño de cualquier ingeniero. Son más de 100 veces más fuertes que el acero, pero sólo una sexta parte tan pesado. Son elásticos y flexibles, como un hilo de tela, y pueden mantener sus paredes de un átomo de espesor mientras crece hasta cientos de micrómetros de largo.

Y aquí está la mejor parte: al igual que otro súper material de un átomo de grosor, el grafeno, los nanotubos de carbono son uno de los materiales más conductores que se han descubierto.

Este transistor de grafeno podría permitir una velocidad de 100 GHz.

Debido a todas estas propiedades sorprendentes, estos semiconductores podría ser una respuesta a la rápida disminución de potencial de los ordenadores basados ​​en silicio.

Actualmente, todos nuestros equipos ejecutan procesadores de silicio y chips de memoria, pero al parecer hemos alcanzado el límite de la rapidez que pueden alcanzar. Si los científicos pueden encontrar la manera de reemplazar las piezas a base de silicio con partes de nanotubos de carbono, en teoría, se podrían alcanzar velocidades hasta cinco veces más rápidas al instante.

Pero hay un problema importante con la producción en masa de los nanotubos de carbono, y es que son muy difíciles de aislar de todas las pequeñas impurezas metálicas que se arrastran durante el proceso de fabricación, y estos pedazos pueden interrumpir sus propiedades semiconductoras.

Sin embargo, Arnold y su equipo finalmente han descubierto la manera de deshacerse de casi todas estas impurezas.

Arnold y Brady

La técnica funciona mediante el control de las propiedades de autoensamblado de los nanotubos de carbono en una solución de polímero, que no sólo permite a los investigadores limpiar las impurezas, sino también manipular el espaciamiento adecuado de los nanotubos en una lámina.

Las simulaciones han sugerido que, en su forma más pura, los transistores de nanotubos de carbono deberían ser capaces de ejecutar cinco veces más rápido o utilizar cinco veces menos energía que los transistores de silicio, debido a que sus dimensiones ultra-pequeñas les permiten cambiar muy rápidamente una señal de corriente a medida que viaja a través de él.

Esto significa baterías de teléfonos más duraderas, o comunicaciones inalámbricas o velocidades de procesamiento mucho más rápidas, pero los científicos todavía tienen que construir un equipo de trabajo lleno de transistores de nanotubos de carbono antes de que podamos saber con seguridad.

El equipo de Arnold ya ha logrado escalar sus láminas a transistores de hasta 2,5 por 2,5 cm (1 pulgada por 1 pulgada), por lo que ahora están pensando cómo hacer el proceso lo suficientemente eficiente para la producción comercial.

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