Crédito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Teléfonos inteligentes las computadoras portátiles y los relojes inteligentes consumen grandes cantidades de energía, sin embargo, solo alrededor de la mitad de esta energía se utiliza realmente para impulsar funciones importantes. Y con miles de millones de estos dispositivos en uso en todo el mundo, una cantidad significativa de energía se desperdicia. El profesor Adrian Ionescu y su equipo en el Laboratorio de Dispositivos Nanoelectrónicos de EPFL (Nanolab) han lanzado una serie de proyectos de investigación en la búsqueda para hacer que los transistores sean más eficientes energéticamente. "El transistor es el objeto artificial más abundante jamás creado por humanos, ", dice el profesor Ionescu." Permite toda nuestra infraestructura computacional y la forma en que interactuamos en tiempo real con el procesamiento de información portátil en el siglo XXI. Constituye el bloque de construcción básico para el procesamiento de señales digitales y analógicas ".
La eficiencia energética importa
"Hoy dia, sabemos que el cerebro humano consume aproximadamente la misma cantidad de energía que una bombilla de 20 vatios, "dice Ionescu." A pesar de consumir tan poca energía, nuestro cerebro es capaz de realizar tareas que son varios órdenes de magnitud más complejas de lo que puede manejar una computadora:analizar la información proporcionada por nuestros sentidos y generar procesos inteligentes de toma de decisiones. Nuestro objetivo es diseñar tecnología electrónica para dispositivos portátiles que sea similar en eficiencia a las neuronas humanas ".
El transistor construido por los investigadores de la EPFL eleva el listón de la eficiencia energética. Desarrollado en la sala blanca de la Escuela de Ingeniería (STI), comprende capas bidimensionales de diselenuro de tungsteno (WSe 2 ) y diselenuro de estaño (SnSe 2 ), dos materiales semiconductores. Conocido como transistor tunelizado 2-D / 2-D, explota la alineación de banda del WSe 2 / SnSe 2 empalme de la puerta. Y como mide solo unos pocos nanómetros, es invisible para el ojo humano. Como parte del mismo proyecto de investigación, El equipo de Nanolab también diseñó una nueva estructura híbrida de transporte dual que algún día podría impulsar aún más el rendimiento de la tecnología.
Rompiendo límites
Con este transistor, el equipo de EPFL también ha roto uno de los límites fundamentales de los dispositivos electrónicos. "Piense en un transistor como un interruptor que requiere energía para encenderse y apagarse, "explica Ionescu." Por analogía, imagina cuánta energía se necesitaría para subir a la cima de una montaña suiza y descender al siguiente valle. Luego, piense cuánta energía podríamos ahorrar haciendo un túnel a través de la montaña. Esto es exactamente lo que logra nuestro transistor de túnel 2-D / 2-D:realiza la misma función digital utilizando mucha menos energía ".
Hasta ahora, los científicos e ingenieros no habían logrado romper este límite fundamental de consumo de energía para componentes 2-D / 2-D de este tipo. Pero el nuevo transistor cambia todo eso, estableciendo un nuevo estándar de eficiencia energética en el proceso de conmutación digital. El equipo de Nanolab trabajó con el grupo dirigido por el profesor Mathieu Luisier en ETH Zurich para probar y confirmar las propiedades del nuevo transistor de túnel mediante simulación atomística. "Esta es la primera vez que superamos este límite fundamental, mientras que al mismo tiempo logra un rendimiento más alto que un transistor estándar hecho del mismo material semiconductor 2-D, y con un suministro de muy bajo voltaje, "dice el profesor Ionescu.
De los wearables a la inteligencia artificial perimetral
Esta nueva tecnología podría usarse para construir sistemas electrónicos que sean casi tan eficientes energéticamente como las neuronas de nuestro cerebro. "Nuestras neuronas operan a alrededor de 100 milivoltios (mV), o aproximadamente 10 veces menos que el voltaje suministrado por una batería estándar, "dice el profesor Ionescu." Nuestra tecnología opera actualmente a 300 mV, haciéndolo alrededor de 10 veces más eficiente que un transistor convencional ". Ningún otro componente electrónico existente hoy se acerca a este nivel de eficiencia.
Este avance tan esperado tiene aplicaciones potenciales en dos áreas:tecnologías portátiles (como relojes inteligentes y ropa inteligente) y chips para inteligencia artificial de vanguardia. Pero convertir esta prueba de concepto de laboratorio en un producto industrial aún requerirá varios años más de arduo trabajo.
