Normalmente, los chips de computadora consisten en componentes electrónicos que siempre hacen lo mismo. En el futuro, sin embargo, será posible una mayor flexibilidad:los nuevos tipos de transistores adaptativos se pueden cambiar en un abrir y cerrar de ojos, de modo que puedan realizar diferentes tareas lógicas según sea necesario. Esto cambia fundamentalmente las posibilidades del diseño de chips y abre oportunidades completamente nuevas en el campo de la inteligencia artificial, las redes neuronales o incluso la lógica que funciona con más valores que solo 0 y 1.

Para lograr esto, los científicos de TU Wien (Viena) no se basaron en la tecnología habitual del silicio, sino en el germanio. Esto fue un éxito:ahora se ha producido el transistor más flexible del mundo utilizando germanio. Ha sido presentado en la revista ACS Nano . Las propiedades especiales del germanio y el uso de electrodos de puerta de programa dedicados hicieron posible crear un prototipo para un nuevo componente que puede marcar el comienzo de una nueva era en la tecnología de chips.

Un electrodo de control adicional lo cambia todo

El transistor es la base de todos los dispositivos electrónicos modernos:es un componente diminuto que permite que la corriente fluya o bloquea el flujo de corriente, dependiendo de si se aplica o no un voltaje eléctrico a un electrodo de control. Esto hace posible construir circuitos lógicos simples pero también almacenamiento de memoria.

La forma en que se transporta la carga eléctrica en el transistor depende del material utilizado:o bien hay electrones que se mueven libremente y llevan una carga negativa, o puede faltar un electrón en los átomos individuales, por lo que este punto tiene una carga positiva. Esto se conoce como "agujeros"; también se pueden mover a través del material.

En el nuevo transistor de TU Wien, tanto los electrones como los huecos se manipulan simultáneamente de una manera muy especial:"Conectamos dos electrodos con un cable extremadamente delgado hecho de germanio, que está conectado al metal en ambos lados con una interfaz especial extremadamente limpia. Sobre este segmento de germanio, colocamos un electrodo de puerta como los que se encuentran en los transistores convencionales, lo que es decisivo es que nuestro transistor también tiene otro electrodo de control, que se coloca en las interfaces entre el germanio y el metal y puede programar dinámicamente la función del transistor", explica el Dr. Masiar Sistani, investigador postdoctoral en el equipo del Prof. Walter Weber en el Instituto de Electrónica de Estado Sólido de TU Wien.

Esta construcción hace posible controlar electrones y huecos por separado. "El hecho de que usemos germanio es una ventaja decisiva", dice Masiar Sistani. "Esto se debe a que el germanio tiene una estructura electrónica muy especial:cuando se aplica voltaje, el flujo de corriente aumenta inicialmente, como era de esperar. Sin embargo, después de cierto umbral, el flujo de corriente vuelve a disminuir; esto se denomina resistencia diferencial negativa. Con el Con la ayuda del electrodo de control, podemos modular a qué voltaje se encuentra este umbral. Esto da como resultado nuevos grados de libertad que podemos usar para darle al transistor exactamente las propiedades que necesitamos en este momento".

De esta forma, por ejemplo, una puerta NAND (una puerta lógica no-y) se puede cambiar a una puerta NOR (una puerta lógica ni-ni). "Hasta ahora, la inteligencia de la electrónica provenía simplemente de la interconexión de varios transistores, cada uno de los cuales tenía solo una funcionalidad bastante primitiva. En el futuro, esta inteligencia puede transferirse a la adaptabilidad del nuevo transistor", dice el Prof. Wálter Weber. "Las operaciones aritméticas, que anteriormente requerían 160 transistores, son posibles con 24 transistores debido a esta mayor adaptabilidad. De esta manera, la velocidad y la eficiencia energética de los circuitos también pueden aumentar significativamente".

El grupo de investigación del Prof. Weber solo ha estado trabajando en TU Wien durante aproximadamente dos años. El Prof. Walter Weber se ha hecho un nombre internacional con su trabajo en electrónica novedosa y reconfigurable. El Dr. Masiar Sistani es un experto en el campo de la electrónica de germanio y se ha especializado en la investigación de fenómenos de transporte electrónico. Estas dos áreas de especialización son una combinación perfecta para hacer posible el transistor de germanio adaptativo. "Todavía es necesario optimizar algunos detalles, pero con nuestro primer transistor de germanio programable hemos demostrado que la idea básica realmente funciona. Este es un avance decisivo para nosotros", dice Masiar Sistani.

Inteligencia artificial

Estas nuevas posibilidades son particularmente interesantes para aplicaciones en el campo de la inteligencia artificial:"Nuestra inteligencia humana se basa en circuitos que cambian dinámicamente entre las células nerviosas. Con los nuevos transistores adaptativos, ahora es posible cambiar los circuitos directamente en el chip de forma específica, ", dice Walter Weber. La lógica multivaluada también se puede implementar de esta manera, es decir, circuitos que funcionan no solo con 0 y 1, sino con una mayor cantidad de estados posibles.

Una aplicación industrial rápida de esta nueva tecnología es realista:los materiales utilizados ya se utilizan en la industria de los semiconductores en la actualidad y no se necesitan procesos de fabricación completamente nuevos. En algunos aspectos, la tecnología sería incluso más simple que antes:hoy en día, los materiales semiconductores están dopados, es decir, enriquecidos con átomos extraños individuales. Esto no es necesario con el transistor basado en germanio; se puede usar germanio puro.

"No queremos reemplazar completamente la tecnología de transistores anterior con nuestro nuevo transistor, eso sería presuntuoso", dice Masiar Sistani. "Es más probable que la nueva tecnología se incorpore a los chips de computadora como un complemento en el futuro. Para ciertas aplicaciones, simplemente será más eficiente energéticamente confiar en transistores adaptables". + Explora más

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