NeoFronteras

Representación artística de la anisotropía magnética de un átomo de hierro (IBM).

La empresa IBM anuncia dos grandes logros en nanoelectrónica que quizás determinen el futuro de la alta tecnología. En un caso se trataría de la posibilidad futura de utilizar sólo un átomo para almacenar un bit de información y en otro caso la utilización de componentes moleculares para la computación.
El efecto de la microelectrónica sobre la vida industrial, social y cotidiana es enorme, desde ese ordenador que utiliza para leer esta noticia al teléfono celular con el que ahora le estén llamando se puede decir que el impacto de la microelectrónica es innegable. Todos estos logros no hubieran sido posibles sin la miniaturización de los componentes electrónicos semiconductores. Cada vez se meten más y más transistores en un sólo chip, y cada transistor que lo compone es cada vez más pequeño. Pero la materia tiene sus límites, si miniaturizamos más y más el comportamiento de los semiconductores con los que están hechos los transistores cambia.
La industria lleva años investigando sobre la nanoelectrónica del futuro. Ahora IBM ha anunciado cómo podría ser ese futuro: los componentes electrónicos del futuro serán de tamaño molecular o incluso atómico y sus aplicaciones casi no las podemos ni imaginar.
El primer desarrollo que ha hecho público esta compañía proviene de los laboratorios Almadén que la empresa tiene en San José. Según este resultado se podrá en un futuro almacenar 150.000.000.000.000 bits por pulgada cuadrada, es decir unas 1000 veces más que los actuales estándares de almacenamiento de información. Un hipotético IPod que contara con esta hipotética densidad podría almacenar unas 30.000 películas cinematográficas o todos los contenidos de YouTube.
Los expertos de IBM han manipulado átomos individuales de hierro con un microscopio de efecto túnel y los han dispuesto sobre una superficie de cobre especialmente preparada. En estas condiciones han conseguido medir individualmente la anisotropía magnética (una propiedad relacionada con el spin atómico) de estos átomos y determinado su orientación e intensidad.
Gracias a este avance se tendrá una mejor comprensión de la anisotropía magnética y se espera que de aquí a unos años se pueda dar el siguiente paso consistente en el desarrollo de un dispositivo en el cual el spin atómico sea lo suficientemente estable como para poder ser usado para el almacenamiento de información. Esto será probablemente el límite final en la miniaturización de dispositivos de almacenamiento de información.

Representación artística de dos moléculas de naftalocianina. Actúan juntas como una puerta lógica rudimentaria bajo la influencia de la punta de una aguja de microscopio de efecto túnel. Foto: IBM.

Pero nuestros ordenadores y computadoras no sólo almacenan información, también la manipulan y procesan. Si queremos usar un almacenamiento de información de escala atómica también deberemos de usar dispositivos procesadores de tamaño similar.
En los laboratorios que esta compañía tiene en Zurich (Suiza) están trabajando en esta meta. Reportan que han conseguido utilizar una sola molécula para que realice la misma tarea que ahora realizan los transistores de silicio. Según el estudio es posible usar una molécula como interruptor, un paso esencial para que en un futuro tengamos microprocesadores aún más potentes y que consuman menos energía. Curiosamente el descubrimiento de esta propiedad de la naftalocianina (una molécula orgánica) fue casi accidental según los investigadores.

Esquema de como funciona la molécula orgánica de naftalocianina: una vez se aplica un pulso de voltaje a la molécula los átomos de hidrógeno del centro cambian de posición, de este modo la molécula adopta las configuraciones on y off. Foto: IBM.

Los interruptores dentro de un microprocesador cambian el flujo de corriente de «apagado» a «encendido» y viceversa, formando puertas lógicas que son las que en último término procesan la información del microprocesador. Cuanto más pequeños sean estos componentes más componentes se pueden introducir en un mismo chip, mejorando con ello el rendimiento y la velocidad del mismo.
Aunque previamente se había demostrado la posibilidad de la computación molecular, las moléculas empleadas cambiaban de forma en el proceso de apagado o encendido, característica que les impedía ser usadas como componentes de puertas lógicas prácticas.
En este caso además han conseguido unir dos de estas moléculas en lo que sería una puerta lógica muy sencilla. El próximo paso del grupo de Zurich será ensamblar varias de estas moléculas en puertas lógicas más complejas hasta crear finalmente un circuito que forme un chip molecular.
Al parecer si el límite de la materia es el átomo entonces tendremos que utilizar átomos individuales para la computación y almacenamiento de la información. Todavía tardaremos muchos años en alcanzar esta última meta, pero el límite está ahí. ¿Qué haremos después?

Referencias y fuentes:

Large Magnetic Anisotropy of a Single Atomic Spin Embedded in a Surface Molecular Network (resumen).
Current-Induced Hydrogen Tautomerization and Conductance Switching of Naphthalocyanine Molecules (resumen).
Nota de presa de IBM.
Diverso material de IBM sobre este tema.
Vídeo.