Tendencias21

Una fina película en los transistores hace que los ‘smartphones’ consuman menos

Investigadores estadounidenses han conseguido transistores más eficientes energéticamente, añadiendo una fina capa de óxido de cromo, que filtra la energía que se gasta en los mismos y la reduce. Esto podría dar lugar a ‘smartphones’ y otros dispositivos portátiles energéticamente más independientes. Por Carlos Gómez Abajo.

Una fina película en los transistores hace que los 'smartphones' consuman menos

Investigadores de la Universidad de Texas en Dallas (EE.UU.) han creado una tecnología que podría ser el primer paso hacia los ordenadores portátiles con fuentes de energía independientes o, más a corto plazo, un smartphone que no muere después de unas horas de uso intensivo.

Esta tecnología, publicada en Nature Communications, se nutre de la energía de un solo electrón para controlar el consumo de energía dentro de transistores, que son el núcleo de la mayoría de los sistemas electrónicos modernos.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación observaron que mediante la adición de una capa atómica específica de película delgada a un transistor, dicha capa actúa como un filtro para la energía que pasaba a través de él a temperatura ambiente. La señal que producía el dispositivo era de seis a siete veces más pronunciada que la de los dispositivos tradicionales.

"Toda la industria de los semiconductores está buscando este tipo de dispositivos, porque son clave para tener dispositivos móviles pequeños y potentes, con muchas funciones que operen de forma rápida sin tener que gastar una gran cantidad de energía de la batería", explica Jiyoung Kim, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Escuela y autor del artículo, en la nota de prensa de la universidad. "Nuestro dispositivo es una solución para que esto suceda."

Comportamiento único

Aprovechar el comportamiento único y sutil de un solo electrón es la forma más eficiente energéticamente para transmitir señales en dispositivos electrónicos. Al ser tan pequeña la señal, puede diluirse fácilmente por ruidos térmicos a temperatura ambiente. Para ver esta señal cuántica, los ingenieros y científicos que construyen dispositivos electrónicos utilizan normalmente técnicas de enfriamiento externo para compensar la energía térmica en el ambiente de los electrones. El filtro creado por los investigadores de UT Dallas es una vía para filtrar eficazmente el ruido térmico.

Kyeongjae "KJ" Cho, profesor de ciencia de los materiales y de ingeniería y física, y autor del trabajo, coincide en que los transistores hechos con esta técnica de filtrado podrían revolucionar la industria de los semiconductores. "Tener que enfriar la dispersión térmica en transistores modernos limita cuán pequeños pueden hacerse los productos electrónicos de consumo", explica Cho, que utiliza técnicas avanzadas de modelado para explicar los fenómenos de laboratorio. "Hemos ideado una técnica para enfriar los electrones internamente, lo que permite la reducción del voltaje de funcionamiento, para que podamos crear dispositivos aún más pequeños, más eficientes energéticamente."

Cada vez que un dispositivo como un teléfono inteligente o una tableta se activa, requiere electricidad. La reducción del voltaje de funcionamiento significaría vidas útiles más largas para estos productos y otros similares. Además, podrían llevarse puestos en la ropa, dado que no requerirían una fuente de energía exterior, entre otras cosas.

Para crear esta tecnología, los investigadores agregaron una película delgada de óxido de cromo al dispositivo. Esa capa, a temperatura ambiente de alrededor de 27º C, filtró a los electrones más fríos y estables y proporcionó estabilidad al dispositivo. Normalmente, la estabilidad se logra mediante el enfriamiento todo el dispositivo electrónico semiconductor a temperaturas criogénicas -aproximadamente -200º C.

Otra innovación utilizada para crear esta tecnología es un sistema de estratificación vertical, que es más práctico cuanto más pequeños son los dispositivos. "Una forma de reducir el tamaño del dispositivo es hacerlo vertical, de modo que la corriente fluya de arriba hacia abajo en lugar del tradicional izquierda a derecha", explica Kim.

Pruebas

Los resultados de las pruebas de laboratorio mostraron que el dispositivo a temperatura ambiente tuvo una intensidad de señal de electrones similar a los dispositivos convencionales a menos 230º C. La señal mantuvo todas las demás propiedades. Los investigadores también probarán esta técnica sobre los electrones que son manipulados en medios optoelectrónicos y espintrónicaos -de luz y magnéticos-.

El siguiente paso es extender este sistema de filtrado a los semiconductores fabricados en tecnología Semiconductor Complementario de Óxido Metálico (CMOS, por sus siglas en inglés).

"La electrónica del pasado se basaba en los tubos de vacío", recuerda Cho. "Estos dispositivos eran grandes y requerían una gran cantidad de energía. Luego, pasó a basarse en transistores bipolares fabricados en tecnología CMOS. Ahora estamos de nuevo frente a una crisis energética, y ésta es una solución para reducir el gasto de energía a medida que los dispositivos se hacen más y más pequeños".

Un generador termoeléctrico de vidrio

Científicos de KAIST (Instituto Avanzado de Corea de Ciencia y Tecnología) desarrollaron un generador termoeléctrico de vidrio, que podría servir para suministrar energía a los dispositivos portátiles. Es extremadamente ligero y flexible, y produce electricidad a partir del calor del cuerpo humano.

Según informa el Instituto en una nota de prensa recogida por EurekAlert!, el nuevo generador tiene una estructura autosostenible de vidrio, y elimina sustratos externos gruesos que sujetan los materiales inorgánicos del mismo. Eso aumenta la energía suministrada y reduce su peso.

Los científicos coreanos esperan que su tecnología encuentre aplicaciones como automóviles, fábricas, aviones y embarcaciones.

Referencia bibliográfica:

Pradeep Bhadrachalam, Ramkumar Subramanian, Vishva Ray, Liang-Chieh Ma, Weichao Wang, Jiyoung Kim, Kyeongjae Cho, Seong Jin Koh. Energy-filtered cold electron transport at room temperature. Nature Communications (2014). DOI: 10.1038/ncomms5745

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Detectan emisiones de radio similares a auroras sobre las manchas solares 22 marzo, 2024
    Los astrónomos han observado explosiones de radio duraderas similares a auroras sobre una mancha solar: el descubrimiento podría ayudarnos a comprender mejor al Sol, así como facilitar la identificación de estrellas distantes que producen emisiones de radio similares.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren un material que se hace más fuerte con cada golpe 22 marzo, 2024
    Un nuevo material elástico presenta una increíble "durabilidad adaptativa": cada vez que se cae o se golpea, su fuerza se incrementa y se vuelve más difícil de romper. Podría ser de gran utilidad en futuros dispositivos electrónicos como nuevos teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas, que están continuamente expuestos a todo tipo de golpes. Además, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El Arco de Gibraltar está migrando desde el Mediterráneo hacia el Atlántico 22 marzo, 2024
    Una zona de subducción que se origina en el Mediterráneo occidental se está moviendo desde la región franco-española hacia el sur. Actualmente está a la altura de la frontera entre España y Portugal y se propaga hacia el Atlántico bajo el Estrecho de Gibraltar.
    JGU/T21
  • Antiguas canoas revelan cómo los marinos del Neolítico surcaron el Mediterráneo 21 marzo, 2024
    Una nueva investigación liderada por Juan Gibaja, del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y publicada recientemente en la revista PLOS One, arroja luz sobre las primeras embarcaciones neolíticas en el Mediterráneo: las excavaciones en el pueblo de agricultores de la Edad de Piedra de La Marmotta, en Italia, han permitido recuperar cinco […]
    Pablo Javier Piacente
  • En los próximos meses, una "nueva estrella" iluminará el cielo nocturno 21 marzo, 2024
    Los científicos de la NASA han informado que durante este año el sistema estelar T Coronae Borealis podrá verse a simple vista en el cielo nocturno, luego de una violenta explosión cósmica que tendrá lugar en algún momento en los próximos seis meses. La “nueva estrella” en el cielo podrá apreciarse sin la ayuda de […]
    Pablo Javier Piacente
  • La Antártida puede perder su neutralidad y su actividad exclusivamente científica 21 marzo, 2024
    El cambio climático y la creciente demanda de recursos está sacudiendo de la Antártida como continente neutral y exclusivamente científico. La rivalidad entre potencias ha comenzado a hacerse presente en las costas antárticas.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Los primeros recuerdos son solo reconstrucciones mentales 21 marzo, 2024
    Lejos de ser grabaciones fidedignas de la realidad, los primeros recuerdos son más bien un mosaico compuesto por experiencias reales, narrativas familiares y reconstrucciones mentales. A medida que crecemos, este mosaico se enriquece y se transforma, pero los fragmentos de nuestra primera infancia permanecen, en gran medida, como piezas imaginadas en un rompecabezas de la […]
    Redacción T21
  • Los vínculos sociales alinean a las personas en la misma longitud de onda 20 marzo, 2024
    El vínculo social mejora el intercambio de información y sincroniza las actividades cerebrales entre el líder de un grupo y sus seguidores, colocando a todo el grupo en la misma longitud de onda cerebral, según un nuevo estudio de sincronización neuronal.
    Pablo Javier Piacente
  • Partículas desconocidas de energía oscura serían la fuerza impulsora detrás de la expansión del Universo 20 marzo, 2024
    Una nueva investigación teórica sugiere que la misteriosa energía oscura estaría compuesta por "no partículas" y podría estar ligada a la expansión del cosmos, "separando" lentamente al Universo. Esto explicaría por qué los científicos no logran comprender aún en profundidad cómo el Universo se expande de forma cada vez más acelerada. También revelaría la causa […]
    Pablo Javier Piacente
  • Las mujeres científicas lideran las investigaciones sobre la sequía 20 marzo, 2024
    Las mujeres científicas están a la vanguardia de las investigaciones sobre la sequía para preservar la producción agrícola, gestionar el agua y mitigar los efectos del calentamiento global. Sobre el terreno, están también mejor preparadas para gestionar los desastres naturales.
    Alicia Domínguez y Eduardo Costas (*)