14 de agosto de 2020
13 de abril de 2020

Una calle de un solo sentido para electrones allana nuevas tecnologías

Una calle de un solo sentido para electrones allana nuevas tecnologías
Una calle de un solo sentido para electrones allana nuevas tecnologías - J. CUSTER

MADRID, 13 Abr. (EUROPA PRESS) -

Un nuevo sistema conductor hace posible una 'calle de un solo sentido' para los electrones, que puede desbloquear la capacidad de los dispositivos para procesar datos inalámbricos de ultra alta velocidad y simultáneamente obtener energía para funcionar.

Los investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill lograron este avance dando forma al silicio a escala microscópica para crear un embudo o "trinquete" para los electrones.

Este método supera las limitaciones de velocidad de las tecnologías anteriores al eliminar las interfaces que tienden a ralentizar los dispositivos. "Este trabajo es emocionante porque podría permitir un futuro donde cosas como los relojes inteligentes de baja potencia se cargan de forma inalámbrica a partir de los datos que ya reciben, sin necesidad de quitarlos de la muñeca de una persona ", dijo James Custer Jr., un estudiante de doctorado en la Facultad de Artes y Ciencias de UNC-Chapel Hill, y autor principal del estudio, publicado en Science.

Los electrones transportan corriente eléctrica, y por lo general no les importa la forma del cable en el que fluye la corriente. Sin embargo, cuando las cosas se ponen muy pequeñas, la forma comienza a importar. Los embudos aquí son ultra pequeños, más de un millón de veces más pequeños que un cable eléctrico típico. Como resultado, los electrones en el interior se comportan como bolas de billar, rebotando libremente en las superficies. La forma asimétrica del embudo hace que los electrones reboten preferentemente en una dirección. En efecto, los electrones se ven obligados a seguir una calle de sentido único.

Bajo un voltaje de corriente continua (CC), el embudo hace que sea más fácil que la corriente fluya hacia adelante que hacia atrás, creando un diodo eléctrico. Cuando se aplica corriente alterna (CA), la estructura solo permite que la corriente fluya en una dirección, comportándose como un trinquete y haciendo que los electrones se acumulen en un lado. Este proceso es como una llave de tubo, que hace fuerza a los trinquetes para producir movimiento físico en una sola dirección.

El trabajo ha demostrado que estos trinquetes electrónicos crean "diodos geométricos" que funcionan a temperatura ambiente y pueden desbloquear habilidades sin precedentes en el régimen de terahercios.

"Los diodos eléctricos son un componente básico de la electrónica, y nuestros resultados sugieren que podría haber un paradigma completamente diferente para el diseño de diodos que funcionen a frecuencias muy altas", dijo James Cahoon, profesor asociado de química. Cahoon es el autor correspondiente y dirigió el grupo de investigación del estudio. "Los resultados son posibles porque hacemos crecer las estructuras de abajo hacia arriba, utilizando un proceso sintético que produce materiales monocristalinos geométricamente precisos".

Los trinquetes electrónicos son creados por un proceso previamente desarrollado en el grupo de Cahoon llamado ENGRAVE, que significa "Crecimiento y apariencia de nanocables codificados a través de VLS y grabado". ENGRAVE utiliza un proceso vapor-líquido-sólido para hacer crecer químicamente cilindros de silicio monocristalinos, llamados nanocables, con una geometría definida con precisión.

"Gran parte del trabajo en este campo se ha realizado previamente con materiales caros a temperaturas criogénicas, pero nuestro trabajo destaca que los diodos geométricos hechos con silicio relativamente barato pueden funcionar a temperatura ambiente, lo que incluso nos sorprendió al principio", dijo Custer. "Esperamos que nuestros resultados generen un gran interés en los diodos geométricos".

Los diodos son la columna vertebral de toda tecnología; permiten que las computadoras procesen datos codificando señales como 1 y 0. Tradicionalmente, los diodos requieren interfaces entre materiales, como entre semiconductores tipo n y tipo p o entre semiconductores y metales. Por el contrario, los diodos geométricos están hechos de un solo material y simplemente usan la forma para dirigir las cargas preferentemente en una dirección.

Con el desarrollo continuo, los trinquetes electrónicos de nanocables prometen pavimentar un camino de alta velocidad y unidireccional hacia nuevas tecnologías.