Química

Transporte a través de un solo átomo en un transistor

(NC&T) Los autores de esta investigación, de la Universidad Tecnológica de Delft, en Holanda, y la Fundación FOM (dedicada a Investigaciones Fundamentales sobre la Materia), fueron capaces de medir y manipular un solo átomo dopante en un entorno semiconductor real. El comportamiento individual de los átomos dopantes es una piedra de toque en la miniaturización de la electrónica.

La industria electrónica utiliza materiales semiconductores, fundamentalmente el silicio, que contienen átomos de un dopante. Esta "contaminación" es necesaria para dar al silicio las características electrónicas deseadas. Debido a la tendencia constante hacia la miniaturización, ha surgido una situación en que las características de dos chips, a pesar de ser ambos fabricados de manera totalmente idéntica, difieren entre sí. El número de átomos dopantes por transistor se ha vuelto tan pequeño (sólo unas docenas) que ya no pueden ser considerados como un continuo. La posición y efecto de cada átomo individual influye en el funcionamiento de todo el transistor. Esto significa que incluso los transistores perfectamente manufacturados no se comportarán de modo idéntico. Ésta es una situación especialmente preocupante para la industria de la electrónica que ya ha estado experimentando el problema desde hace algunos años.

Los investigadores, Sellier, Lansbergen, Caro y Rogge, del Instituto Kavli de Nanociencia en la Universidad Tecnológica de Delft, y la Fundación FOM, lograron transportar una carga a través de un átomo individual. Incluso midieron y manipularon el comportamiento en mecánica cuántica de un solo átomo dopante. Consiguieron, por ejemplo, poner uno o dos electrones en una capa particular del átomo.

Los investigadores de Delft utilizaron un transistor formado por nanocables de silicio de aproximadamente 35 nanómetros de grosor, donde la corriente eléctrica fluye a través de un solo átomo dopante (en este caso, de arsénico).

Transporte en un transistor
Imagen del transistor usado en el estudio. (Foto: TU Delft)
Sin embargo, esta investigación no ofrece una solución inmediata a los problemas antes mencionados, relacionados con la miniaturización. Sí proporciona a la industria una mejor comprensión del comportamiento de la mecánica cuántica de las transiciones en el nivel nanométrico. La investigación, dirigida por el Instituto Kavli de Nanociencia, también es sumamente interesante desde un punto de vista puramente físico. El transistor que se investigó no sólo aportó nuevos datos sobre la física atómica que tiene lugar dentro de un sólido, sino que también se parece a una estructura necesaria para construir un cierto tipo de computadora cuántica. Esta computadora que todavía es completamente teórica (el diseño Kane) está basada en los átomos dopantes en el silicio.


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