En una búsqueda de nuevos materiales que sustituyan al silicio para
crear equipos electrónicos más eficientes, ingenieros de la Universidad
de Stanford (EE UU) han logrado construir por primera vez un ordenador hecho íntegramente con transistores de nanotubos de carbono (CNT, por sus siglas en inglés).
Se trata de un dispositivo todavía muy básico, pero que incluye un sistema operativo y es capaz de ejecutar varios programas al mismo tiempo.
Los autores del proyecto, cuyos resultados se publican en el último número de Nature,
señalan que este avance culmina años de esfuerzos por parte de
científicos de todo el mundo para aprovechar este prometedor pero
peculiar material.
Según explica a SINC Max Shulaker, autor principal del
trabajo, “los nanotubos de carbono representan un importante avance
respecto a los actuales transistores de silicio y prevemos grandes
mejoras tanto en el rendimiento como en la eficiencia energética”.
Más finos que un cabello
Los nanotubos de carbono son largas cadenas de átomos
extremadamente eficientes en la conducción y el control de la
electricidad. “Son tan finos que miles de ellos podrían caber unos junto
a otros en un cabello humano y requieren muy poca energía para
apagarlos”, indica.
Shulake añade que el trabajo demuestra que es posible fabricar nanotubos de carbono, pese a que esta tecnología tiene aún imperfecciones inherentes.
“Sin embargo, nosotros hemos logrado superar estos obstáculos y
presentar el sistema basado en carbono más avanzado hasta la fecha”,
subraya.
Entre las dificultades que tiene trabajar con este material
destaca que los nanotubos de carbono no crecen en líneas paralelas,
como a los fabricantes de chips les gustaría. Otro problema es que una
porción de estos nanotubos pueden acabar comportándose como cables
metálicos que siempre conducen electricidad en vez de comportarse como
semiconductores que pueden apagarse, señala la Universidad de Stanford
en un comunicado.
Para superar estos obstáculos, el equipo llevó a cabo un
diseño que llamó “inmune a imperfecciones” que consistió en eliminar los
nanotubos que se comportaban como cables. Luego apagó todos los CNT
‘buenos’ y bombeó el circuito semiconductor lleno de electricidad.
Toda esa electricidad se concentró en los nanotubos metálicos, que se calentaron tanto que se quemaron y, literalmente, se vaporizaron
convirtiéndose en dióxido de carbono. “Esta sofisticada técnica eliminó
todos los CNT metálicos del circuito”, indican estas fuentes.
“Evitar los nanotubos desalineados requirió aún mayor
sutileza”, señalan los autores. Para ello, los investigadores crearon un
potente algoritmo que traza un esquema del circuito y que garantiza que
funcione sin importar si los nanotutbos están o no torcidos.
Los ingenieros utilizaron este diseño inmune a imperfecciones para ensamblar un ordenador básico con 178 transistores,
un límite que vino dado por que utilizaron las instalaciones de la
universidad, en vez de un proceso de fabricación industrial, aclaran.
Contar y ordenar números
El ordenador fue capaz de realizar tareas como contar y
ordenar números. Además, incorpora un sistema operativo básico que
permite llevar a cabo intercambio de esos procesos. Para mostrar su
potencial, los investigadores probaron que el dispositivo también podía
ejecutar una instrucción comercial denominada MIPS (Microprocessor
without Interlocked Pipeline Stages), desarrollada a comienzos de la
década de los ochenta del siglo pasado por John Hennessy, ingeniero y
actual presidente de la Universidad de Stanford.
Por su parte, Franz Kreupl, investigador de sistemas
electrónicos híbridos de la Universidad de Munich (Alemania) y autor de
una reseña sobre el proyecto, que también ha sido publicada en en
Nature, indica que trabajos tanto teóricos como experimentales “han
demostrado que los nanotubos de carbono son los interruptores
electrónicos de mayor eficiencia energética con una escalabilidad muy
por debajo de los 10 nanómetros”.
En su opinión, el trabajo de Shulaker y su equipo es muy
valioso, ya que ha podido superar las dificultades que tiene trabajar
con nanotubos de carbono y construir el primer ordenador funcional con
este nuevo material emergente, “muy superior en este tipo de
aplicaciones a competidores como el grafeno”.
Para concluir, los autores del trabajo señalan que la
demostración del nuevo dispositivo confirma que los nanotubos de carbono
son una tecnología factible para desarrollar la próxima generación de sistemas electrónicos de alta eficiencia energética.
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