Para construir los chips de computadora del futuro, los diseñadores deberán comprender cómo se comporta una carga eléctrica cuando está confinada a cables metálicos de solo unos pocos átomos de diámetro.
Ahora, un equipo de físicos de la Universidad McGill, en colaboración con investigadores de I + D de General Motors, han demostrado que la corriente eléctrica puede reducirse drásticamente cuando los cables de dos metales diferentes se encuentran. La reducción sorprendentemente aguda de la corriente revela un desafío significativo que podría moldear las opciones de materiales y el diseño de dispositivos en el campo emergente de la nanoelectrónica.
El tamaño de las funciones de los circuitos electrónicos se reduce cada año, gracias a la miniaturización agresiva prescrita por la Ley de Moore, que postulaba que la densidad de transistores en circuitos integrados se duplicaría cada 18 meses aproximadamente. Este progreso constante hace posible llevar computadoras en nuestros bolsillos, pero plantea serios desafíos. A medida que los tamaños de las características disminuyen al nivel de los átomos, la resistencia a la corriente ya no aumenta a un ritmo constante a medida que los dispositivos se encogen; en cambio, la resistencia "salta, "mostrando los efectos contrarios a la intuición de la mecánica cuántica, dice el profesor de Física de McGill Peter Grütter.
"Podrías usar la analogía de una manguera de agua, "Explica Grütter." Si mantiene constante la presión del agua, sale menos agua a medida que reduce el diámetro de la manguera. Pero si encogiera la manguera al tamaño de una pajita de solo dos o tres átomos de diámetro, el flujo de salida ya no disminuiría a una tasa proporcional al área de la sección transversal de la manguera; variaría de una manera cuantificada ('nerviosa') ".
Esta "rareza cuántica" es exactamente lo que observaron los investigadores de McGill y General Motors, como se describe en un nuevo artículo que aparece en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Los investigadores investigaron un contacto ultrapequeño entre el oro y el tungsteno, dos metales que se utilizan actualmente en combinación en chips de computadora para conectar diferentes componentes funcionales de un dispositivo.
En el lado experimental de la investigación, El laboratorio del profesor Grütter utilizó técnicas de microscopía avanzadas para obtener imágenes de una sonda de tungsteno y una superficie de oro con precisión atómica. y reunirlos mecánicamente de una manera controlada con precisión. La corriente eléctrica a través del contacto resultante fue mucho menor de lo esperado. El modelado mecánico de la estructura atómica de este contacto se realizó en colaboración con Yue Qi, un científico investigador del Centro de I + D de General Motors en Warren, MI.
El modelado eléctrico de última generación realizado por Jesse Maassen en el grupo de investigación McGill Physics del profesor Hong Guo confirmó este resultado, mostrando que las diferencias en la estructura electrónica entre los dos metales conduce a una disminución de cuatro veces en el flujo de corriente, incluso para una interfaz perfecta. Los investigadores descubrieron además que los defectos cristalinos (desplazamientos de la disposición normalmente perfecta de los átomos) generados al poner los dos materiales en contacto mecánico eran una razón más para la reducción observada de la corriente.
"El tamaño de esa caída es mucho mayor de lo que la mayoría de los expertos esperarían, del orden de 10 veces mayor, "señala el Prof. Grütter.
Los resultados apuntan a la necesidad de futuras investigaciones sobre las formas de superar este desafío, posiblemente mediante la elección de materiales u otras técnicas de procesamiento. "El primer paso para encontrar una solución es ser consciente del problema, "Grütter señala." Esta es la primera vez que se ha demostrado que este es un problema importante "para los sistemas nanoelectrónicos".
