ELECTRONICA MOLECULAR

PEQUEÑISIMO!!!     MINIATURIZACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS 

Se busca continuamente que nuestros celulares, sean cada vez más pequeños y nos provean de más aplicaciones. 

En la actualidad, los circuitos electrónicos integrados, tienden a tener pequeñísimos tamaños, almacenar mayor volumen de datos y brindar mejores funciones. 

Basta recordar el tamaño de los primeros equipos de telefonía celular, semejantes a un “ladrillo” por su tamaño y compararlos con los actuales. 

Hace 30 años, a mediados de la década del 80, un celular pesaba 800 gramos y medía 33 x 4,5 x 8,9 cm. y si se lo compara con un equipo de última generación de estos tiempos, de 70 x 142 mm y 132 gramos de peso, veremos las diferencias. 

En la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE), más precisamente en el Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (IMIT-Conicet), el grupo de investigación en NANOFISICA formado por los  doctores  en Física, Romero,  Gómez, Ferrón y Acosta Coden, tienen el desafío de buscar la aplicabilidad de la electrónica molecular. 

Diego Acosta Coden, Alejandro Ferrón, Sergio Gómez y Rodolfo Romero, Foto: CONICET- Nordeste

La miniaturización está en el centro de la escena gracias a la nanotecnología, que posibilita manipular los componentes a escalas cercanas a la mil millonésima parte de un metro. 

Es difícil imaginar cómo se trabaja en esas escalas. Los especialistas lo asemejan al armado de un rompecabezas, donde los átomos son las piezas a ubicar en determinadas posiciones. 

Se estima que dentro de veinte años se podría llegar a alcanzar los elementos de un circuito integrado en escala atómica, siendo  ése el límite de miniaturización. 

Buscan asociar a las moléculas de la naturaleza como componentes de circuitos electrónicos. 

Como no todas las moléculas pueden actuar como un cable, un transistor o un rectificador, investigan las estructuras moleculares apropiadas, ya sean naturales o artificiales, a escala nanométrica (mil millones de veces más pequeño que un metro), que puedan actuar como conductores, diodos, etc. dentro de un circuito electrónico. 

Todo esto surge a partir de una observación en la naturaleza. Siguiendo las leyes de la mecánica cuántica, los átomos se ensamblan mediante interacciones eléctricas a escalas más pequeñas que cualquiera de los circuitos conocidos. 

Benceno

El grupo del IMIT trabajó con derivados del benceno y otros sistemas basados en carbono, como el grafeno. Su estructura consiste en una única capa de átomos de carbono distribuidos cíclicamente en forma de hexágono, similar a un panal de abeja. 

grafeno

Determinaron mediante cálculos y simulaciones, cómo estos sistemas cumplen con las funciones de un transistor. Midieron las propiedades que surgían al variar los enlaces de un átomo de carbono en el benceno, logrando resultados diferentes, si los carbonos observados eran adyacentes o no. 

“Son evaluaciones en base a modelos teóricos y computacionales, que nos permiten modelar los sistemas, evaluar resultados y sacar conclusiones” señaló Romero. 

“Estamos en la etapa inicial, con un horizonte de veinte años para que sea aplicable a una tecnología específica” señaló el doctor Romero, quien eligió radicarse en Corrientes para seguir investigando, después de post-doctorarse en la Universidad de Helsinki, en Finlandia.

“Nuestro trabajo está orientado a satisfacer las necesidades de la miniaturización. Actualmente, usamos celulares que tienen la capacidad de lo que era una computadora hace 20 años”, explicó Rodolfo Romero, investigador adjunto del CONICET en el IMIT y responsable del grupo de Transporte Cuántico.

modelo atómico con electrones como ondas

“Cuando se confina un electrón a regiones muy pequeñas, aparecen fenómenos nuevos. El electrón deja de comportarse como si fuera una partícula cargada y empieza a comportarse como una onda. Entonces, ahí tenemos que hacer una descripción nueva”, detalló el investigador. 

“Hacemos ciencia básica, lo que no quiere decir que sea simple, sino que es la base de todo el desarrollo que viene después. En medicina, por ejemplo, cuando se presenta una vacuna, detrás de ella hay muchos años de trabajo. En nuestra disciplina pasa lo mismo: lo que estudiamos ahora permitirá desarrollar la tecnología que vamos a usar después de 2030”, aclaró el físico. 

“Es indispensable estar al día, leer los nuevos trabajos, conocer los formalismos teóricos, adaptarlos y así, poder proponer algo innovador. Es una tarea bastante demandante, pero nos permite lograr ensamblar todas las piezas de ese rompecabezas y hacer una propuesta original”, explicó Romero. 

“En nuestro caso, nos dedicamos a lo teórico-computacional. Hacemos el cálculo y un poco de la teoría. La parte experimental requiere un equipamiento e instalaciones que son muy costosas y en Argentina actualmente existen solo 2 ó 3 laboratorios con capacidad de fabricar estructuras a escala nanométrica”, indica Romero. 

Los aportes teóricos desarrollados en el IMIT sirven de base para trabajos experimentales que se desarrollan en distintos lugares del mundo. 

“Algunos de nuestros artículos fueron tomados para probar ciertos efectos y fueron destacados por revistas internacionales. Uno de los casos con mayor repercusión fue el estudio de la transmisión de electrones a través de un interferómetro de dos brazos. Consistía en pasar electrones por dos ramas y recogerlos en el otro extremo. A través de esas dos ramas, pasa un campo magnético y al variarlo, se encontraban distintas respuestas. Lo que hicimos fue desarrollar el modelo que podía explicar ese tipo de comportamiento”, graficó el físico. 

Se estudian los estados de los electrones en presencia de una impureza que perturbe al sistema en distintas posiciones.

Para poder seguir avanzando en las investigaciones es necesario contar con recursos humanos con formación académica de excelencia. 

La cantidad de estudiantes que eligen carreras relacionadas con estas disciplinas parece no ser suficiente para satisfacer el impulso de las investigaciones en nanotecnología. 

“Tanto las empresas como los usuarios están esperando que cada año la tecnología supere a la del año anterior, pero eso no ocurre mágicamente. Se necesita mano de obra altamente calificada para poder pensar esas nuevas tecnologías, para determinar de qué manera puedo conseguir, por ejemplo, tener más transistores en el mismo espacio. 

"Mantener un ritmo de desarrollo que nos permita duplicar el número de componentes en una misma superficie cada año -que es lo que viene pasando hace 4 o 5 décadas- es todo un desafío. Para poder lograrlo será fundamental aumentar la cantidad de científicos que se dediquen a investigar estos fenómenos”, aseguró Romero. 

La vocación de un futuro físico se puede despertar en lo cotidiano, en el interés por los fenómenos que se ven diariamente, observando el funcionamiento de la naturaleza. 

UNNE-IMIT-Conicet- mayo 2016