Fenómenos de conductancia cuántica en semiconductores y metales. a) Representación esquemática de un dispositivo basado en semiconductores que muestra la cuantificación de la conductancia, donde se forma un 2DEG en la interfaz de una heterounión. El punto de contacto cuántico se realiza mediante la aplicación de un voltaje negativo a los electrodos de la puerta mientras se miden las propiedades de transporte a través de contactos al 2DEG a cada lado de la constricción. El ancho de constricción (W) se puede variar por medio del voltaje de puerta aplicado. b) Representación esquemática de un dispositivo de base metálica donde se puede observar la cuantificación de la conductancia cuando el contacto metálico es de dimensiones atómicas. Crédito:Gianluca Milano et al, Materiales avanzados (2022). DOI:10.1002/adma.202201248
A nanoescala, las leyes de la física clásica de repente se vuelven inadecuadas para explicar el comportamiento de la materia. Es precisamente en esta coyuntura que entra en juego la teoría cuántica, describiendo efectivamente los fenómenos físicos característicos del mundo atómico y subatómico. Gracias al diferente comportamiento de la materia en estas escalas de longitud y energía, es posible desarrollar nuevos materiales, dispositivos y tecnologías basadas en efectos cuánticos, que podrían dar lugar a una auténtica revolución cuántica que promete innovar en áreas como la criptografía, las telecomunicaciones y la computación.
La física de objetos muy pequeños, que ya está en la base de muchas tecnologías que usamos hoy en día, está intrínsecamente ligada al mundo de las nanotecnologías, la rama de la ciencia aplicada que se ocupa del control de la materia a escala nanométrica (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro). Este control de la materia a nanoescala está en la base del desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos.
Entre estos, los memristores se consideran dispositivos prometedores para la realización de nuevas arquitecturas computacionales que emulan funciones de nuestro cerebro, permitiendo la creación de sistemas de computación cada vez más eficientes y adecuados para el desarrollo de todo el sector de la inteligencia artificial, como ha demostrado recientemente el Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica ( investigadores del INRiM) en colaboración con varias universidades e institutos de investigación internacionales.
En este contexto, el proyecto EMPIR MEMQuD, coordinado por el INRiM, tiene como objetivo estudiar los efectos cuánticos en este tipo de dispositivos, en los que las propiedades de conducción electrónica pueden manipularse para permitir la observación de fenómenos de conductividad cuantificada a temperatura ambiente. Además de analizar los fundamentos y desarrollos recientes, el trabajo de revisión "Quantum Conductance in Memristive Devices:Fundamentals, Developments, and Applications" publicado recientemente en la revista Advanced Materials , analiza cómo se pueden utilizar estos efectos para una amplia gama de aplicaciones, desde metrología hasta el desarrollo de memorias de próxima generación e inteligencia artificial. La investigación demuestra una nueva técnica para mejorar la distribución de claves cuánticas a larga distancia en un campo del mundo real
