(PhysOrg.com) - Los circuitos que pueden realizar operaciones lógicas con solo presionar un botón son una moneda de diez centavos en estos días, pero un gran avance de los investigadores en los EE. UU. ha significado que pueden ser más pequeños y simples que nunca. Usando un solo material como botón y circuito por primera vez, Los científicos del Instituto de Tecnología de Georgia han creado pequeños circuitos lógicos que se pueden utilizar como base de la robótica y los procesadores a escala nanométrica.
Profesor Zhong Lin (ZL) Wang, quien lidera la investigación, explica cómo las peculiares propiedades del óxido de zinc han hecho posible este trabajo. "El óxido de zinc es único debido a sus propiedades semiconductoras y piezoeléctricas acopladas". El efecto piezoeléctrico ocurre cuando una tensión en un material, causado por empujarlo, por ejemplo, cambia reversiblemente la estructura del cristal en una dirección lo suficiente como para crear un campo eléctrico.
El movimiento mecánico induce un voltaje de un lado del material al otro. Los semiconductores tienen la capacidad de conducir electricidad, o no, dependiendo de algún factor externo. En óxido de zinc, estas dos características se combinan y el transporte de corriente eléctrica está influenciado por el efecto piezoeléctrico, lo que significa que los cambios en la tensión dan como resultado cambios en la capacidad del material para conducir electricidad. Esto es lo que se conoce como efecto piezotrónico.
Al tener el óxido de zinc en forma de nanoalambre, (diámetro 300 nanómetros; longitud 400 micrómetros), y unido con metales en cada extremo, Wang ha producido efectivamente un pequeño transistor, que está cerrado (abierto o cerrado, con electricidad fluyendo o no) por la tensión aplicada al nanoalambre.
En resultados publicados en Materiales avanzados esta semana, Wang y sus colegas muestran cómo al combinar un número apropiado de estos transistores en varios arreglos, Se pueden hacer sistemas que puedan procesar las funciones lógicas básicas de NAND, NI, y XOR, además de actuar como multiplexores (MUX) y demultiplexores (DEMUX).
Hasta ahora, Los procesadores lógicos se han basado en el uso de tecnología CMOS, utilizando dos componentes complementarios, un óxido metálico y un semiconductor, como el silicio. En procesadores CMOS, Se requiere una señal eléctrica para operar la puerta. Si se requiere un estímulo mecánico, aún se debe agregar un componente adicional al sistema. Por el contrario, Wang afirma que su trabajo representa un "enfoque completamente nuevo hacia la operación lógica que realiza acciones mecánicas-eléctricas acopladas y controladas en una unidad de estructura utilizando un solo material (que es óxido de zinc) ... Esta es la primera demostración de operación electrónica inducida por acción mecánica con la introducción de un nuevo mecanismo de conducción en comparación con las operaciones lógicas basadas en silicio existentes. Esta es también la primera demostración de este tipo que utiliza nanocables ".
Trabajar en la nanoescala presenta sus propios desafíos, y las partes más difíciles de este trabajo fueron sintetizar nanocables de alta calidad y manipularlos en el sustrato para que funcionaran de forma sincronizada. Pero Wang ahora confía en que han logrado un buen control sobre el proceso. y los resultados atestiguan que así es.
Los circuitos lógicos no son tan rápidos como los que se utilizan actualmente y se basan en CMOS, pero Wang no ve esto como un problema. De hecho, él ve las aplicaciones de las dos tecnologías como complementarias. “Los dispositivos lógicos con compuerta de tensión están diseñados para interactuar con el entorno ambiental, que está asociado con acciones mecánicas de baja frecuencia, y las aplicaciones de objetivo y focalización son diferentes de las de los dispositivos de silicio convencionales que apuntan a la velocidad ". Las aplicaciones previstas incluyen nanorobótica, transductores, micromáquinas, interfaz hombre-computadora, y microfluidos (donde pequeños canales transportan varios líquidos, generalmente para ser mezclado para reacciones de formas estrictamente controladas).
El grupo tiene la intención de unir los nuevos transductores de apertura de tensión a sensores y componentes de extracción de energía que previamente han preparado también a partir de nanocables de óxido de zinc para hacer basado totalmente en nanocables, sistemas de nanoescala inteligentes autónomos, multifuncionales y autoalimentados ". Parece que ya ni siquiera necesitaremos presionar un botón.
