La transmisión de señal más rápida teóricamente posible mediante microchips es un petahertz, o un millón de gigahertz. Para ponerlo en perspectiva, eso es 100 000 veces más rápido que los transistores más avanzados de la actualidad. Esas son buenas noticias para la Ley de Moore, lo que sugiere que todavía hay mucho espacio para el progreso en el futuro, aunque no está claro si este límite de velocidad se podrá alcanzar.
Cómo se verán los microchips más rápidos dentro de un siglo
Los ingenieros en microelectrónica suelen tener dos caminos de diseño principales que pueden tomar para hacer que las computadoras procesen la información más rápido. Una es hacer transistores lo más pequeños posible y meterlos en un circuito integrado. La ventaja que esto trae es que la distancia entre el transistor es mínima, por lo que la señal eléctrica que se transmite de un lado a otro tarda menos tiempo en completarse. Teóricamente, puedes miniaturizar transistores hasta alcanzar el tamaño de un átomo. Un circuito integrado no puede ser físicamente más pequeño que esto.
El otro enfoque es acelerar las señales de conmutación de los transistores. Un transistor es un dispositivo semiconductor que puede abrir o cerrar un circuito, similar a cómo una boquilla regula el flujo de agua de las bombas. Cambiar entre los estados abierto y cerrado permite que el transistor transmita información digital, y cuanto más rápida sea la frecuencia de conmutación, mejor.
“Cuanto más rápido quieras ir, más alta debe ser la señal electromagnética, y en algún momento entramos en el rango de la frecuencia de la luz, que también puede considerarse o usarse como una señal electromagnética”, explicó Martin Schultze, el autor principal del nuevo estudio y director del Instituto de Física Experimental de la Universidad Tecnológica de Graz en Austria.
Sin embargo, el uso de luz de alta frecuencia para lograr una transmisión de datos más rápida presenta sus propios desafíos. Cuando la luz golpea un material semiconductor, la energía de los fotones excita los electrones de la banda de valencia (donde normalmente residen los electrones), cambiando temporalmente el estado del material de aislante a conductor. Sin embargo, el umbral de energía de excitación de la mayoría de los semiconductores necesarios para lograr este efecto es imprácticamente bajo.
Esta limitación se puede superar mediante el uso de materiales dieléctricos, como el vidrio o la cerámica, que requieren mucha más energía para ser excitados en comparación con los semiconductores. Más energía es mejor porque más energía luminosa implica una transmisión de datos más rápida. El único problema es que los materiales dieléctricos suelen ser quebradizos y se rompen cuando se les aplica un campo electromagnético.
Para su experimento, los investigadores de Graz utilizaron fluoruro de litio, un tipo especial de material dieléctrico que tiene la banda prohibida más grande de todos los materiales conocidos: esta es la distancia entre la banda de valencia y la banda de conducción. El material se sometió a un pulso láser ultracorto con frecuencias ultravioleta. La alta energía del láser convirtió brevemente el fluoruro de litio en un conductor eléctrico.
Al analizar las mediciones de los pulsos de láser, los investigadores concluyeron cuánto tiempo se debe esperar hasta que el material pueda exponerse a la siguiente señal, básicamente, su velocidad de conmutación máxima. Así es como aprendieron que un petahercio es el límite superior absoluto para un transistor controlado por optoelectrónicos, aunque los propios físicos no están seguros de que la tecnología alguna vez se acerque a este límite para aplicaciones prácticas.
Los hallazgos aparecieron en la revista Nature Communications.
Fuente: ZME Science.
