En el camino para volverse pequeño Robert Wolkow y su laboratorio de la Universidad de Alberta están dando pasos de gigante.

La era digital ha dado lugar a una sucesión de tecnologías más limpias y que consumen menos energía desde los días en que la computadora personal cabía encima de un escritorio, reemplazando los modelos de mainframe que alguna vez llenaron habitaciones enteras. Desde entonces, las computadoras de escritorio han dado paso a computadoras portátiles cada vez más pequeñas, teléfonos inteligentes y dispositivos que la mayoría de nosotros llevamos en el bolsillo.

Pero como señala Wolkow, esta contracción tecnológica solo puede llegar hasta cierto punto cuando se utilizan circuitos integrados tradicionales basados ​​en transistores. Es por eso que él y su equipo de investigación tienen como objetivo construir tecnologías completamente nuevas a escala atómica.

"Nuestro objetivo final es fabricar productos electrónicos de muy baja potencia porque eso es lo que más demanda el mundo en este momento, "dijo Wolkow, la Cátedra iCORE de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones a Nanoescala de la Facultad de Ciencias. "Nos estamos acercando a algunos límites fundamentales que detendrán el impulso de 30 años para hacer las cosas más rápido, más económico, mejor y más pequeño; esto llegará a su fin pronto.

"Será necesario un método de computación completamente nuevo".

Electrónica a escala atómica

Wolkow y su equipo en el departamento de física de la U of A y el Instituto Nacional de Nanotecnología están trabajando para diseñar tecnologías atómicamente precisas que tengan prácticas, aplicaciones del mundo real. Su laboratorio ya se abrió camino en el Libro Guinness de los Récords Mundiales por inventar el objeto más nítido del mundo:una punta de microscopio de solo un átomo de ancho en su extremo.

Hicieron un gran avance en 2009 cuando crearon los puntos cuánticos más pequeños que jamás se hayan visto, un solo átomo de silicio que mide menos de un nanómetro de ancho, utilizando una técnica que recibirá una patente estadounidense a finales de este mes.

Puntos cuánticos, Wolkow dice:son vasos que confinan electrones, como los bolsillos de una mesa de billar. Los puntos se pueden espaciar para que los electrones puedan estar en dos bolsillos al mismo tiempo, permitiéndoles interactuar y compartir electrones, un nivel de control que los hace ideales para circuitos similares a los de una computadora.

"Podría ser tan importante como el transistor, ", dice Wolkow." Sienta las bases para una base completamente nueva de la electrónica, y en particular, electrónica de ultrabaja potencia ".

Nuevos descubrimientos allanan el camino para una nanoelectrónica superior

Wolkow y su equipo se han basado en sus éxitos anteriores, modificar los microscopios de túnel de barrido con su punta de microscopio de ancho de átomo, que emite iones en lugar de luz con una resolución superior. Como la aguja de un tocadiscos los microscopios pueden rastrear la topografía de los átomos de silicio, Detección de características de la superficie en la escala atómica.

En un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , el becario postdoctoral Bruno Martins junto con Wolkow y otros miembros del equipo, observó por primera vez cómo fluye una corriente eléctrica a través de la piel de un cristal de silicio y también midió la resistencia eléctrica a medida que la corriente se movía sobre un solo paso atómico.

Wolkow dice que los cristales de silicio son en su mayoría lisos, excepto por estas escaleras atómicas, leves imperfecciones en las que cada escalón tiene un átomo de altura. Saber qué causa la resistencia eléctrica y poder registrar la magnitud de la resistencia allana el camino para diseñar dispositivos nanoelectrónicos superiores, él dice.

En otro primero, esta vez dirigido por el estudiante de doctorado Marco Taucer, el equipo de investigación observó cómo los electrones individuales saltan dentro y fuera de los puntos cuánticos, e ideó un método para monitorear cuántos electrones caben en el bolsillo y medir la carga del punto. En el pasado, tales observaciones eran imposibles porque el mero hecho de intentar medir algo tan extraordinariamente pequeño lo cambia, Dice Wolkow.

"Imagina que si miras algo con tus ojos, el acto de mirarlo lo dobló de alguna manera, ", dice." Ahora podemos evitar esa perturbación debido a mirar, y así poder acceder y desplegar de manera útil los puntos en los circuitos ".

Los hallazgos del equipo, también publicado en Cartas de revisión física , dar a los científicos la capacidad de controlar la carga de los puntos cuánticos. También han encontrado una forma de crear puntos cuánticos que funcionan a temperatura ambiente. lo que significa que la criogenia costosa no es necesaria.

"Eso es emocionante porque, repentinamente, cosas que se consideraban exóticas, las ideas lejanas están cerca. Creemos que podemos construirlos ".

Llevando la próxima generación de productos electrónicos al mercado

Wolkow y su equipo creen firmemente en el potencial comercial de los circuitos a escala atómica, hace dos años lanzaron su propia empresa derivada, Quantum Silicon Inc. Durante los próximos cinco a seis años, QSI planea demostrar el potencial de estos circuitos "extremadamente ecológicos" que pueden hacer uso de Baterías de mayor duración.

También los mueve del ámbito de la investigación básica a la aplicada y los escenarios del mundo real, Dice Wolkow.

"Tenemos esta linda conexión donde tenemos un campo de entrenamiento para estudiantes y ambiciones altamente académicas para el progreso, pero esas cosas se transfieren de forma natural e inmediata a esta entidad práctica ".

Gran parte de sus esfuerzos se centrarán inicialmente en la creación de tecnologías híbridas, añadiendo circuitos a escala atómica a la electrónica convencional, como dispositivos GPS o satélites. como reemplazar un eslabón de una cadena dada la cantidad de tiempo que implica hacer los nuevos circuitos. Podría pasar una década antes de que sea posible producir en masa circuitos a escala atómica, pero el potencial futuro es muy fuerte, Dice Wolkow.

"Tiene el potencial de cambiar totalmente la base electrónica del mundo. Es una perspectiva de un billón de dólares".