Con una historia que incluye más de medio siglo de investigación, un premio Nobel y múltiples intentos de aplicaciones prácticas, la historia de la resistencia diferencial negativa, o NDR, se lee como un misterio científico, un misterio que los físicos de la Universidad de Alberta finalmente han logrado desentrañar.

¿Qué significa esto? Una oportunidad para combinar el conocimiento con la tecnología existente para crear más rápido, más económico, y dispositivos electrónicos más pequeños, una bendición para el auge continuo de la era digital.

NDR es un efecto extraño. Podemos imaginarlo pensando en el agua que se empuja a través de una manguera. Cuanto mayor sea la presión, cuanto más rápido sea el flujo. Los electrones en un alambre actúan de manera similar, excepto que se aplica voltaje en lugar de presión para inducir el flujo. Con agua, aumento de presión es igual a aumento de flujo, pero en circunstancias especiales con electricidad, a veces hay un efecto retroactivo y contrario a la intuición cuando el flujo se ralentiza:se trata de una resistencia diferencial negativa.

El primer intento de una aplicación práctica para NDR, el diodo de Esaki, llamado así por el inventor físico japonés Leo Esaki, fue recibido en la década de 1950 con gran entusiasmo, algunos incluso proclaman que es más importante que el transistor. El trabajo fue galardonado con el Premio Nobel. Poco después quedó claro que la producción en masa era demasiado difícil, el dispositivo una vez anunciado fue relegado a aplicaciones de nicho.

Replicar el efecto NDR de una manera que pudiera implementarse ampliamente seguía siendo un objetivo atractivo. Se encontraron alternativas al diodo Esaki, pero aquellos también se resistieron a la producción en masa. El advenimiento de los microscopios de túnel de barrido en los años 80 y el acceso que proporcionan a las propiedades de los materiales a nanoescala llevaron a tentadoras firmas de NDR a partir de irregularidades estructurales a escala de átomos en el silicio. La emoción se reavivó, pero la comprensión y la capacidad de fabricación adecuadas seguían siendo difíciles de alcanzar.

Avance rápido hacia el presente, y un equipo de físicos dirigido por Robert Wolkow de la Universidad de Alberta han descubierto ahora la estructura atómica precisa que da lugar a NDR. Es más, teniendo en cuenta las reglas particulares que impone la mecánica cuántica para el flujo de electrones a través de un solo átomo, Colega de Wolkow, el físico teórico Joseph Maciejko, ha logrado explicar la desconcertante reducción en la corriente al principio con el aumento de voltaje. Estos resultados señalan el camino hacia aplicaciones prácticas y lucrativas en la electrónica cotidiana, como teléfonos y computadoras.

"Resulta que si puede ver fácilmente cómo incorporar de forma ordenada y económica este efecto NDR en los transistores electrónicos existentes, puedes hacer más pequeño, más rápido, dispositivos más baratos, ", dice Wolkow." El valor de un circuito híbrido transistor / NDR se conoce desde hace décadas, pero nadie ha podido hacerlo de manera eficiente o económica para que valga la pena.

"A través de los años, la gente ha publicado artículos sobre variantes del mismo efecto a escala atómica. Desafortunadamente, el enigma de la estructura y sus propiedades nunca se resolvió. Pero ahora sabemos exactamente por qué sucede, sabemos exactamente qué componentes deben estar allí para que se controle. Hemos definido la estructura atómica exacta que da lugar a NDR, y afortunadamente es fácil de hacer. Así como, finalmente hemos dilucidado el mecanismo en juego, o debería decir en el trabajo ".

Wolkow explica que ahora existe un potencial muy realista para combinar este fenómeno NDR con la electrónica cotidiana de una manera práctica, forma asequible, un avance potencialmente valorado en miles de millones para la industria de la tecnología.

"Resistencia negativa con un solo átomo" se publicó el 30 de diciembre en Cartas de revisión física .