(Noticias de Nanowerk) A medida que los circuitos integrados que alimentan nuestros dispositivos electrónicos se vuelven más potentes, también se hacen más pequeños. Esta tendencia de la microelectrónica no ha hecho más que acelerarse en los últimos años a medida que los científicos intentan colocar cada vez más componentes semiconductores en un chip. La microelectrónica se enfrenta a un desafío clave debido a su pequeño tamaño. Para evitar el sobrecalentamiento, la microelectrónica necesita consumir sólo una fracción de la electricidad de la electrónica convencional y al mismo tiempo funcionar al máximo rendimiento. Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han logrado un gran avance que podría permitir que un nuevo tipo de material microelectrónico haga precisamente eso. En un nuevo estudio publicado en Materiales avanzados (“Gating Redox para una modulación de portadora colosal y un control de fase único”), el equipo de Argonne propuso un nuevo tipo de técnica de “puerta redox” que puede controlar el movimiento de electrones dentro y fuera de un material semiconductor. Ilustración de la activación redox para la manipulación de portadores y el control del campo eléctrico del estado electrónico. Los hilos verdes representan moléculas funcionales para la activación redox, y la capacidad de funcionar a baja potencia imita la conmutación sináptica en el cerebro humano, representada por la sinapsis subyacente. (Imagen: Laboratorio Nacional Argonne) “Redox” se refiere a una reacción química que provoca una transferencia de electrones. Los dispositivos microelectrónicos suelen depender de un "efecto de campo" eléctrico para controlar el flujo de electrones para funcionar. En el experimento, los científicos diseñaron un dispositivo que podía regular el flujo de electrones de un extremo a otro aplicando un voltaje (esencialmente, un tipo de presión que empuja la electricidad) a través de un material que actuaba como una especie de puerta de electrones. Cuando el voltaje alcanzaba un cierto umbral, aproximadamente medio voltio, el material comenzaría a inyectar electrones a través de la puerta desde un material redox fuente a un material de canal. Al utilizar el voltaje para modificar el flujo de electrones, el dispositivo semiconductor podría actuar como un transistor, cambiando entre estados más conductores y más aislantes. "La nueva estrategia de activación redox nos permite modular el flujo de electrones en una cantidad enorme incluso a bajos voltajes, ofreciendo una eficiencia energética mucho mayor", dijo el científico de materiales de Argonne, Dillon Fong, autor del estudio. “Esto también evita daños al sistema. Vemos que estos materiales se pueden reciclar repetidamente sin casi ninguna degradación en el rendimiento”. "Controlar las propiedades electrónicas de un material también tiene ventajas significativas para los científicos que buscan propiedades emergentes más allá de los dispositivos convencionales", dijo el científico de materiales de Argonne Wei Chen, uno de los coautores del estudio. “El régimen subvoltio, que es donde opera este material, es de enorme interés para los investigadores que buscan hacer circuitos que actúen de manera similar al cerebro humano, que también opera con gran eficiencia energética”, afirmó. El fenómeno de activación redox también podría ser útil para crear nuevos materiales cuánticos cuyas fases podrían manipularse a baja potencia, dijo el físico de Argonne Hua Zhou, otro coautor del estudio. Además, la técnica de activación redox puede extenderse a semiconductores funcionales versátiles y materiales cuánticos de baja dimensión compuestos de elementos sostenibles.

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