Avances Electronicos

Un transistor de 7 átomos operativo

Consiguen un transistor funcional compuesto por siete átomos que es diez veces más pequeño que los comerciales.

Imagen de la plantilla del punto cuántico que muestra el agujero central donde van los siete átomos de fósforo. En la diagonal se aprecian los conectores que van al punto cuántico.

Hasta unas pocas décadas no habíamos visto los átomos. Sabíamos que existían, podíamos inferir su existencia pero no los podíamos ver directamente. Con la llegada de los microscopios electrónicos de cientos de kiloelectrón-voltios fue posible ver columnas de átomos y con los microscopios de fuerza atómica y efecto túnel fue posible palparlos y colocarlos donde quisiéramos. Han pasado ya 20 años desde que Don Eigler y Erhard Schweizer, del centro de investigación Almaden de IBM en San José, usaran un microscopio de efecto túnel para dibujar el logotipo de la compañía usando átomos individuales de xenón sobre una superficie de níquel. Es algo que Demócrito de Abdera ni siquiera era capaz de soñar.
Ahora, cuando estamos alcanzando los límites de la electrónica convencional de silicio empezamos a desarrollar la computación a escala prácticamente atómica. Recientemente científicos de University of Wisconsin-Madison y University of New South Wales han conseguido desarrollar un transistor compuesto por siete átomos. El descubriendo fue publicado en Nature Nanotechnology.
El transistor está formado por un punto cuántico de siete átomos de fósforo embebido en un cristal de silicio. Pese a su tamaño este punto cuántico actúa como un dispositivo electrónico, siendo el primero en su género. Puede ser utilizado en el control y regulación de pequeñas corrientes eléctricas al igual que los transistores convencionales. Este logro representa un paso más en la miniaturización hasta la escala atómica de procesadores más rápidos y poderosos.
Según Michelle Simmons, no solamente estamos moviendo átomos y mirándolos con microscopio, sino que estamos manipulando átomos individuales y colocándolos con precisión para realizar con ellos dispositivos electrónicos funcionales. El equipo de investigadores ha sido capaz de fabricar el dispositivo a partir de un cristal de silicio y colocar exactamente siete átomos de fósforo en el lugar deseado.
Según este científico este logro tecnológico es un paso más hacia la demostración de que es posible la construcción del computador definitivo: un computador cuántico en silicio.
La tecnología para colocar átomos en una superficie con un microscopio de efecto túnel ha estado presente durante dos décadas, pero nadie hasta ahora habría sido capaz de hacer dispositivos de escala atómica capaces de procesar señales electrónicas procedentes del mundo macroscópico.
"Estamos comprobando los límites de cómo de pequeño puede ser un dispositivo electrónico", dice Simmons. Las primeras computadoras ocupaban salas enteras, pero ahora tenemos sistemas computacionales que caben en la palma de la mano y cuyos componentes son 1000 veces más pequeños que el grosor de un cabello humano. Este proceso de miniaturización ha estado presente en los últimos 50 años, permitiendo aumentar el crecimiento económico en la economía global. Según Simmons, este último logro demuestra que el proceso puede continuar.
La meta principal de este equipo es crear un computador cuántico en silicio y este transistor demuestra que la tecnología para la fabricación a escala atómica acaba de llegar.
En la actualidad el tamaño de un transistor de puerta comercial, que permite al mismo actuar como amplificador o interruptor de corrientes eléctricas, mide unos 40 nanometros. Este transistor de 7 átomos mide 10 veces menos: sólo 4 nanometros.
En el artículo se exponen las posibilidades de esta tecnología y, aunque los investigadores añaden alguna nota de precaución al respecto, concluyen que la perspectiva de disponer de circuitos electrónicos, u otro tipo de dispositivos, a escala atómica es ahora un poco menos remota.

¿Futuros microprocesadores de ADN?

Proponen el uso de ADN para la producción masiva de chips computacionales y sensores médicos baratos.

Galleta de ADN. Fuente: Chris Dwyer.

Desde hace unos pocos años se viene anunciando el efecto beneficioso que tendrá sobre la economía y nuestras vidas la nanotecnología. Obviamente no hemos visto avances espectaculares en este campo, pero sí resultados interesantes. Lo más difícil de conseguir en este campo probablemente sea la capacidad de conseguir estructuras auto-ensamblantes y que éstas estructuras hagan algo interesante. El resultado que vamos a relatar y los dos descritos en la noticia inmediatamente anterior son bastante interesantes.
Un buen logro es el que está alcanzando Chris Dwyer, un ingeniero de la Universidad de Duke, pues en sólo un día es capaz de conseguir en su laboratorio más circuitos lógicos con ADN que el resto del mundo con silicio.
Cree que la próxima generación de circuitos lógicos que se usarán en el corazón de las computadoras futuras se podrán producir de manera barata en cantidades ilimitadas. El secreto es que en lugar de estar hechos de silicio estén hechos de ADN.
En su último conjunto de experimentos Dwyer ha demostrado que se pueden crear miles de millones de estructuras idénticas con aspecto de galleta que se pueden autoemsamblar de manera eficiente. Si se añaden moléculas sensibles a la luz a la receta, las galletas exhiben propiedades de programación que pueden ser utilizadas. Con luz se pueden excitar estas moléculas (cromóforos) y crear puertas lógicas simples o interruptores.
Estas nanoestructuras pueden usarse para construir bloques para una gran variedad de aplicaciones que van desde las biomédicas a las computacionales.
Su funcionamiento es comos sigue. Cuando la luz ilumina una cromóforo la absorbe y sus electrones se excitan. La energía que liberan después, al desexcitarse, pasa a un cromóforo cercano que la absorbe y entonces emite luz con una longitud de onda distinta. Esta diferencia significa que, usando un detector, la luz de salida pude diferenciarse fácilmente de la luz de entrada. En lugar de circuitos eléctricos convencionales en los que la corriente rápidamente cambia entre ceros y unos, la luz puede ser usada para estimular respuestas similares de una manera mucho más rápida en interruptores basados en ADN.
Según Dwyer esto constituye la primera demostración de un sistema rápido de procesamiento a nivel molecular. Añade que la tecnología convencional está alcanzando sus límites y que la capacidad de producir de manera barata un suministro ilimitado de esta nueva clase de circuitos parece el paso próximo más lógico. Se conoce muy bien la molécula de ADN y puede ser sintetizada muy fácilmente.
Dwyer se aprovecha de la capacidad de unirse entre ellos que tienen los nucleótidos de ADN para autoensamblar sus circuitos. Es como arrojar las piezas de un rompecabezas a una caja. Agitando la caja, cada pieza encuentra a su vecina y se une a ella hasta que se completa el rompecabezas. En este caso se trata de miles de millones de "piezas" (trozos de ADN) que se ensamblan en miles de millones de "rompecabezas" (galletas de ADN).
En el último experimento la galleta constaba de 16 piezas con los cromóforos localizados sobre el borde superior de la galleta. Pueden crearse circuitos más complejos uniendo varios de estos componentes o construyendo galletas más grandes. Según Dwyer las posibilidades son ilimitadas.
Además de uso en computación este tipo de nanoestructuras se podrían usar como sensores, sobre todo en biomedicina. Este tipo de sistemas podrían responder a la presencia de diferentes proteínas que sirvan de marcadores para diferentes enfermedades, algo para lo que bastaría una gota de sangre.

¿Futuros microprocesadores líquidos?

Intentan remedar con gotitas de disoluciones químicas recubiertas de lípidos una red neuronal con capacidad de procesamiento de información.

Esquema de red neuronal húmeda basada de gotitas recubiertas de lípidos.

Se está investigando una nueva clase de tecnología de procesamiento de información inspirada por los procesos químicos que se dan en los sistemas biológicos.
Maurits de Planque y Klaus-Peter Zauner (bioquímico y científico de la computación respectivamente) acaban de recibir una subvención de la Unión Europea de 1,8 millones de euros para investigar en este sentido.
La idea de estos investigadores es adaptar los procesos cerebrales a un escenario de procesamiento 'húmedo' de la información. Lo harán mediante el uso de disoluciones de sustancias químicas que se comporten como los transistores de un microchip.
Según Zauner lo que están tratando de desarrollar es un cerebro líquido mínimo que dé lugar finalmente a un computador 'húmedo'. "La gente se da cuenta ahora que el mejor procesamiento de información que tenemos son nuestros cerebros y, como estamos encontrando con que el silicio tiene sus limitaciones en términos de procesamiento de información, necesitamos explorar otras aproximaciones, que es exactamente lo que estamos haciendo nosotros aquí", añade Zauner.
El proyecto, en el que participan varias instituciones internacionales, durará tres años y comprende tres objetivos complementarios.
El primer objetivo es desarrollar la ingeniería necesaria para crear gotitas recubiertas de lípidos (grasas) inspiradas en las células biológicas, que contendrían un medio químico excitable, y conectarlas en una red de comunicación a través de la cual puedan pasarse una señal química unas a otras.
El segundo objetivo es diseñar una arquitectura de procesamiento de información basada en este sistema y demostrar la capacidad de la misma a la hora de procesar información.
El tercer objetivo es establecer y explorar el potencial y limitaciones de esta arquitectura de gotitas.
"Nuestro sistema copia algunas características clave de las redes neuronales del cerebro y se excitará, se autorreparará y se autoensamblará", dice Planque.
Les quedan tres años por delante. A ver si hay suerte y tienen éxito.
David Moreno
17812731
EES