En electrónica, nada funciona sin transistores:son los bloques de construcción fundamentales en los que se basan los circuitos lógicos de nuestros chips de computadora. Suelen estar formados por cristales de silicio, dopado con otros tipos de átomos. Un equipo de investigación suizo / austriaco (TU Wien, la Universidad de Viena, la Universidad de Zurich, IBM Zurich) ahora ha logrado desarrollar un transistor que funciona de una manera fundamentalmente diferente y consta únicamente de una sola molécula. En lugar de tres electrodos, como en un transistor convencional, esta molécula de cambio solo requiere dos. El nuevo nanoswitch ahora se ha presentado en la revista especializada Nanotecnología de la naturaleza .

Cero o uno

"La característica clave de un transistor es que puede asumir dos estados diferentes, "explica Robert Stadler, del Instituto de Física Teórica de TU Wien (al comienzo del proyecto, todavía trabajaba en el Departamento de Química Física de la Universidad de Viena). Dependiendo del estado en el que se encuentre el transistor, permite que la corriente fluya o no. Por lo tanto, un transistor convencional hecho de cristales de silicio tiene tres contactos:la corriente es suministrada por uno de estos, y puede fluir hacia el segundo; si esto sucede realmente o no depende del voltaje aplicado en el tercer contacto, que se conoce como el "contacto de puerta".

Para acomodar cada vez más transistores en un área cada vez más pequeña, Los transistores han seguido reduciéndose de tamaño durante las últimas décadas. Esto ha mejorado drásticamente la eficiencia en la electrónica, pero lo hace sin embargo, traen consigo problemas técnicos cada vez mayores. Con tecnología de silicio convencional, Como resultado, se encuentran limitaciones físicas. "Con cristales extremadamente pequeños, ya no tienes suficiente control sobre las propiedades electrónicas, particularmente si solo queda una pequeña cantidad de dopantes y la capa aislante de la puerta permite cada vez más fugas, "explica Stadler." Sin embargo, si cambia de cristales a moléculas orgánicas a nanoescala, entonces tiene nuevas oportunidades para cambiar las características del transporte ".

De molécula a transistor

En la Universidad de Zurich, Por lo tanto, los químicos han sintetizado estructuras moleculares organometálicas dotadas de átomos metálicos individuales de hierro, rutenio o molibdeno. Estas moléculas de diseño, que solo miden alrededor de dos nanómetros y medio de largo, luego se conectan cuidadosamente utilizando dos contactos de oro en el laboratorio de investigación de IBM en Rüschlikon antes de que se les pueda aplicar voltaje.

Para uno de los tipos de moléculas probados, que tiene un átomo de molibdeno colocado en su núcleo, Se observaron algunas propiedades bastante notables:de manera similar a un transistor de silicio, esta molécula cambia entre dos estados diferentes, que difieren en tres órdenes de magnitud en cuanto a su conductividad. Se requirieron complejas simulaciones por computadora para comprender el proceso subyacente; estos fueron realizados por Robert Stadler y su estudiante de doctorado Georg Kastlunger en el Clúster Científico de Viena (VSC). Esto permitió decodificar el mecanismo a un nivel físico cuántico.

"Directamente en el átomo de molibdeno hay un cierto espacio que puede ser ocupado por un electrón, ", dice Robert Stadler." La cantidad de corriente que puede fluir a través de la molécula a un cierto voltaje depende de si hay o no un electrón ocupando este espacio o no ". Y esto en sí mismo puede controlarse. Si el espacio está ocupado , relativamente poca corriente fluirá a un voltaje bajo. A un voltaje más alto, sin embargo, el electrón puede desprenderse de su lugar especial en el átomo de molibdeno. Como resultado, el sistema cambia a un nuevo estado con una conductividad mejorada en un factor de alrededor de mil, provocando un fuerte aumento en el flujo de corriente. Por lo tanto, tanto el proceso de conmutación como el de selección se pueden realizar a través de los dos contactos dorados, entre los cuales se fija la molécula. Un tercer electrodo, como suele ser necesario para un transistor convencional, ya no es necesario, lo que simplifica significativamente el proceso de cableado.

Tecnología para los chips del futuro

La tecnología en sí, sin embargo, sigue siendo demasiado caro para ponerlo en producción en masa para chips informáticos comerciales. Es por eso que los experimentos se llevaron a cabo a bajas temperaturas y en un vacío ultra alto. Sin embargo, IBM ya está trabajando en diseños para incorporar varias de estas moléculas en nanoporos en un chip de silicio. para que funcionen en condiciones ambientales normales a temperatura ambiente. "Esto sería más simple y nuestros métodos teóricos indudablemente serían adecuados para tales sistemas, también, "afirma Stadler con confianza." Quizás las moléculas orgánicas con átomos metálicos integrados puedan abrir el camino hacia interruptores ultrapequeños para nuevos sistemas de almacenamiento; En todo caso, existe el potencial de aplicaciones interesantes, particularmente porque la omisión del tercer electrodo permite densidades de integración incomparables ".