Primero vino el cambio. Luego el transistor. Ahora, otra innovación revolucionará la forma en que controlamos el flujo de electrones a través de un circuito:el dióxido de vanadio (VO2). Una característica clave de este compuesto es que se comporta como aislante a temperatura ambiente pero como conductor a temperaturas superiores a 68 ° C. Este comportamiento, también conocido como transición metal-aislante, se está estudiando en un ambicioso proyecto de Horizonte 2020 de la UE llamado Phase-Change Switch. EPFL fue elegida para coordinar el proyecto luego de un desafiante proceso de selección.

El proyecto durará hasta 2020. Debido a la variedad de aplicaciones de alto potencial que podrían surgir de esta nueva tecnología, el proyecto ha atraído a dos empresas importantes, Thales de Francia y la rama suiza de IBM Research, así como a otras universidades, incluyendo Max-Planck-Gesellschaft en Alemania y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. Gesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik (AMO GmbH), una derivación de la Universidad de Aquisgrán en Alemania, también participa en la investigación.

Los científicos conocen desde hace mucho tiempo las propiedades electrónicas del VO2, pero no han podido explicarlas hasta que se conocen. Resulta que su estructura atómica cambia a medida que aumenta la temperatura, pasando de una estructura cristalina a temperatura ambiente a una metálica a temperaturas superiores a 68 ° C. Y esta transición ocurre en menos de un nanosegundo, una ventaja real para las aplicaciones electrónicas. "El VO2 también es sensible a otros factores que podrían hacer que cambie de fase, como inyectando energía eléctrica, ópticamente, o aplicando un pulso de radiación de THz, "dice Adrian Ionescu, el profesor de EPFL que dirige el Laboratorio de Dispositivos Nanoelectrónicos de la escuela (Nanolab) y también se desempeña como coordinador del proyecto Phase-Change Switch.

El desafío:alcanzar temperaturas más altas

Sin embargo, Desbloquear todo el potencial del VO2 siempre ha sido complicado porque su temperatura de transición de 68 ° C es demasiado baja para los dispositivos electrónicos modernos. donde los circuitos deben poder funcionar sin problemas a 100 ° C. Pero dos investigadores de la EPFL, Ionescu de la Escuela de Ingeniería (STI) y Andreas Schüler de la Escuela de Arquitectura, Ingeniería Civil y Ambiental (ENAC) - puede haber encontrado una solución a este problema, según su investigación conjunta publicada en Letras de física aplicada en julio de 2017. Descubrieron que agregar germanio a la película de VO2 puede elevar la temperatura de cambio de fase del material a más de 100 ° C.

Se publicaron hallazgos aún más interesantes del Nanolab, especialmente para aplicaciones de radiofrecuencia, en Acceso IEEE el 2 de febrero de 2018. Por primera vez, los científicos pudieron hacer ultracompactos, filtros de frecuencia modulables. Su tecnología también utiliza interruptores de cambio de fase y VO2, y es particularmente eficaz en el rango de frecuencia crucial para los sistemas de comunicaciones espaciales (la banda Ka, con modulación de frecuencia programable entre 28,2 y 35 GHz).

Procesadores neuromórficos y vehículos autónomos

Es probable que estos descubrimientos prometedores impulsen una mayor investigación sobre las aplicaciones del VO2 en dispositivos electrónicos de potencia ultrabaja. Además de las comunicaciones espaciales, otros campos podrían incluir la computación neuromórfica y los radares de alta frecuencia para vehículos autónomos.