Investigadores de la Universidad de Texas en Dallas han creado tecnología que podría ser el primer paso hacia computadoras portátiles con fuentes de energía autónomas o, más inmediatamente, un teléfono inteligente que no muere después de unas horas de uso intensivo.

Esta tecnología, publicado en línea en Comunicaciones de la naturaleza , aprovecha el poder de un solo electrón para controlar el consumo de energía dentro de los transistores, que son el núcleo de la mayoría de los sistemas electrónicos modernos.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson descubrieron que al agregar una capa atómica específica de película delgada a un transistor, la capa actuó como filtro de la energía que la atravesaba a temperatura ambiente. La señal que resultó del dispositivo fue de seis a siete veces más pronunciada que la de los dispositivos tradicionales. Los dispositivos empinados usan menos voltaje pero aún tienen una señal fuerte.

"Toda la industria de los semiconductores busca dispositivos empinados porque son clave para tener pequeños poderoso, dispositivos móviles con muchas funciones que operan rápidamente sin gastar mucha energía de la batería, "dijo el Dr. Jiyoung Kim, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela Jonsson y autor del artículo. "Nuestro dispositivo es una solución para que esto suceda".

Aprovechar el comportamiento único y sutil de un solo electrón es la forma más eficiente desde el punto de vista energético de transmitir señales en dispositivos electrónicos. Dado que la señal es tan pequeña, se puede diluir fácilmente por ruidos térmicos a temperatura ambiente. Para ver esta señal cuántica, Los ingenieros y científicos que construyen dispositivos electrónicos suelen utilizar técnicas de enfriamiento externo para compensar la energía térmica en el entorno de electrones. El filtro creado por los investigadores de UT Dallas es una ruta para filtrar eficazmente el ruido térmico.

Dr. Kyeongjae "K.J." Cho, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y física y autor del artículo, Estuvo de acuerdo en que los transistores fabricados con esta técnica de filtrado podrían revolucionar la industria de los semiconductores.

"Tener que enfriar la propagación térmica en los transistores modernos limita la forma en que se pueden fabricar pequeños dispositivos electrónicos de consumo, "dijo Cho, que utilizó técnicas de modelado avanzadas para explicar los fenómenos de laboratorio. "Ideamos una técnica para enfriar los electrones internamente, lo que permite la reducción del voltaje de funcionamiento, de modo que podamos crear incluso más pequeños, dispositivos más eficientes en el consumo de energía ".

Cada vez que un dispositivo como un teléfono inteligente o una tableta computa, requiere energía eléctrica para funcionar. Reducir el voltaje de funcionamiento significaría una vida útil más prolongada para estos productos y otros. Los dispositivos de menor potencia podrían significar computadoras que se usan con o encima de la ropa que no requeriría una fuente de energía externa, entre otras cosas.

Para crear esta tecnología, Los investigadores agregaron una película delgada de óxido de cromo al dispositivo. Esa capa a una temperatura ambiente de unos 80 grados Fahrenheit, filtrado el enfriador, electrones estables y estabilidad proporcionada al dispositivo. Normalmente, esa estabilidad se logra enfriando todo el dispositivo semiconductor electrónico a temperaturas criogénicas, aproximadamente menos 321 grados Fahrenheit.

Otra innovación utilizada para crear esta tecnología fue un sistema de capas verticales, lo que sería más práctico a medida que los dispositivos se hacen más pequeños.

"Una forma de reducir el tamaño del dispositivo es hacerlo vertical, por lo que la corriente fluye de arriba hacia abajo en lugar de la tradicional de izquierda a derecha, "dijo Kim, quien agregó la capa delgada al dispositivo.

Los resultados de las pruebas de laboratorio mostraron que el dispositivo a temperatura ambiente tenía una intensidad de señal de electrones similar a la de los dispositivos convencionales a menos 378 grados Fahrenheit. La señal mantuvo todas las demás propiedades. Los investigadores también probarán esta técnica con electrones que son manipulados por medios optoelectrónicos y espintrónicos, ligeros y magnéticos.

El siguiente paso es extender este sistema de filtrado a semiconductores fabricados con tecnología de semiconductores de óxido de metal complementario (CMOS).

"La electrónica del pasado se basaba en tubos de vacío, "Dijo Cho." Esos dispositivos eran grandes y requerían mucha energía. Luego, el campo pasó a los transistores bipolares fabricados con tecnología CMOS. Ahora nos enfrentamos nuevamente a una crisis energética, y esta es una solución para reducir la energía a medida que los dispositivos se hacen cada vez más pequeños ".