Dr. Kyeongjae Cho, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, y sus colaboradores de UT Dallas desarrollaron la física fundamental de un transistor lógico de valores múltiples basado en óxido de zinc. Crédito:Universidad de Texas en Dallas
Las computadoras y dispositivos electrónicos similares se han vuelto más rápidos y más pequeños a lo largo de las décadas a medida que los fabricantes de chips de computadora han aprendido a encoger transistores individuales. los diminutos interruptores eléctricos que transmiten información digital.
La búsqueda de los científicos del transistor más pequeño posible ha permitido que se empaqueten más en cada chip. Pero esa carrera hacia el fondo casi ha terminado:los investigadores se están acercando rápidamente al mínimo físico para el tamaño del transistor, con modelos recientes de hasta aproximadamente 10 nanómetros, o solo 30 átomos, de ancho.
"El poder de procesamiento de los dispositivos electrónicos proviene de cientos de millones, o miles de millones, de transistores que están interconectados en un solo chip de computadora, "dijo el Dr. Kyeongjae Cho, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Texas en Dallas. "Pero nos estamos acercando rápidamente a los límites inferiores de escala".
Para ampliar la búsqueda de una velocidad de procesamiento más rápida, la industria de la microelectrónica busca tecnologías alternativas. La investigación de Cho, publicado en línea el 30 de abril en la revista Comunicaciones de la naturaleza , podría ofrecer una solución ampliando el vocabulario del transistor.
Los transistores convencionales pueden transmitir solo dos valores de información:como un interruptor, un transistor está encendido o apagado, que se traduce en los 1 y 0 del lenguaje binario.
Una forma de aumentar la capacidad de procesamiento sin agregar más transistores sería aumentar la cantidad de información que transmite cada transistor al introducir estados intermedios entre los estados de encendido y apagado de los dispositivos binarios. Un transistor lógico de varios valores basado en este principio permitiría procesar más operaciones y una mayor cantidad de información en un solo dispositivo.
"El concepto de transistores lógicos de valores múltiples no es nuevo, y ha habido muchos intentos de hacer tales dispositivos, Cho dijo:"Lo hemos logrado".
A través de la teoría diseño y simulaciones, El grupo de Cho en UT Dallas desarrolló la física fundamental de un transistor lógico de valores múltiples basado en óxido de zinc. Sus colaboradores en Corea del Sur fabricaron y evaluaron con éxito el rendimiento de un dispositivo prototipo.
La imagen de la izquierda muestra dos formas de óxido de zinc combinadas para formar una nanocapa compuesta en un nuevo tipo de transistor:los cristales de óxido de zinc (dentro de los círculos rojos) están incrustados en óxido de zinc amorfo. La imagen de la derecha es un modelo informático de la estructura que muestra la distribución de la densidad de electrones. Crédito:Universidad de Texas en Dallas
El dispositivo de Cho es capaz de dos estados intermedios electrónicamente estables y fiables entre 0 y 1, aumentando el número de valores lógicos por transistor de dos a tres o cuatro.
Cho dijo que la nueva investigación es significativa no solo porque la tecnología es compatible con las configuraciones de chips de computadora existentes, sino también porque podría cerrar la brecha entre las computadoras actuales y las computadoras cuánticas, el próximo hito potencial en potencia informática.
Mientras que una computadora convencional usa los valores precisos de 1 y 0 para hacer cálculos, las unidades lógicas fundamentales de una computadora cuántica son más fluidas, con valores que pueden existir como una combinación de unos y ceros al mismo tiempo o en cualquier punto intermedio. Aunque todavía no se han realizado comercialmente, Se teoriza que las computadoras cuánticas a gran escala puedan almacenar más información y resolver ciertos problemas mucho más rápido que las computadoras actuales.
"Un dispositivo que incorpora lógica multinivel sería más rápido que una computadora convencional porque funcionaría con más que solo unidades lógicas binarias. Con unidades cuánticas, tienes valores continuos, "Dijo Cho.
"El transistor es una tecnología muy madura, y las computadoras cuánticas están lejos de ser comercializadas, ", continuó." Hay una gran brecha. Entonces, ¿cómo nos movemos de uno a otro? Necesitamos algún tipo de camino evolutivo una tecnología puente entre grados de libertad binarios e infinitos. Nuestro trabajo todavía se basa en la tecnología de dispositivos existente, por lo que no es tan revolucionario como la computación cuántica, pero está evolucionando hacia esa dirección ".
La tecnología que Cho y sus colegas desarrollaron utiliza una configuración novedosa de dos formas de óxido de zinc combinadas para formar una nanocapa compuesta, que luego se incorpora con capas de otros materiales en una superrejilla.
Los investigadores descubrieron que podían lograr la física necesaria para la lógica de valores múltiples incrustando cristales de óxido de zinc, llamados puntos cuánticos, en óxido de zinc amorfo. Los átomos que comprenden un sólido amorfo no están ordenados tan rígidamente como en los sólidos cristalinos.
"Al diseñar este material, descubrimos que podíamos crear una nueva estructura electrónica que permitiera este comportamiento lógico multinivel, "dijo Cho, que ha solicitado una patente. "El óxido de zinc es un material bien conocido que tiende a formar tanto sólidos cristalinos como sólidos amorfos, por lo que era una elección obvia para empezar, pero puede que no sea el mejor material. Nuestro próximo paso observará cuán universal es este comportamiento entre otros materiales mientras tratamos de optimizar la tecnología.
"Avanzando, También quiero ver cómo podemos interconectar esta tecnología con un dispositivo cuántico ".
