Los semiconductores ferroeléctricos son una tecnología prometedora que podría tender un puente entre la informática convencional y las arquitecturas de nueva generación. La capacidad de mantener una polarización eléctrica los diferencia de otros semiconductores, lo que los hace ideales para ampliar la inteligencia artificial y las capacidades de detección, así como para permitir dispositivos sin batería. Esto es crucial para la Internet de las Cosas (IoT), que alimenta hogares inteligentes, identifica problemas en sistemas industriales y alerta a las personas de riesgos para la seguridad, entre otras cosas.
Recientemente, un equipo de la Universidad de Michigan ha logrado un gran avance en la tecnología ferroeléctrica al fabricar estos semiconductores con un grosor de sólo cinco nanómetros, una extensión de apenas 50 átomos aproximadamente. Esto allana el camino para integrar las tecnologías ferroeléctricas con los componentes convencionales utilizados en ordenadores y teléfonos inteligentes. Zetian Mi, catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UM y coautor del estudio, afirma: “Esto permitirá fabricar dispositivos ultraeficientes, de muy bajo consumo y totalmente integrados con los semiconductores habituales”. “Esto será muy importante para los futuros dispositivos relacionados con la IA y el IoT”.
Los semiconductores ferroeléctricos pueden conmutar entre positivo y negativo, lo que los hace ideales para detectar la luz y las vibraciones acústicas, así como para captar la energía ambiental. Esta propiedad también puede aprovecharse para almacenar y procesar información clásica y cuántica de forma diferente. Los dos estados de polarización eléctrica pueden servir como el uno y el cero en computación, por lo que es ideal para apoyar algoritmos de IA que procesan información a través de redes neuronales. Almacenar la energía en forma de polarización eléctrica requiere menos energía que los métodos tradicionales de almacenamiento de memoria, lo que la hace más eficiente y duradera.
El equipo logró este avance con una técnica llamada epitaxia de haces moleculares, que es el mismo método utilizado para fabricar cristales semiconductores para reproductores de CD y DVD. Controlando con precisión cada capa de átomos del semiconductor ferroeléctrico y minimizando las pérdidas de átomos de la superficie, consiguieron crear un cristal de 5 nanómetros de grosor. “Al reducir el grosor, demostramos que hay muchas posibilidades de que podamos reducir el voltaje de funcionamiento”, afirma Ding Wang, investigador científico en ingeniería eléctrica e informática y primer autor del estudio. “Esto significa que podemos reducir el tamaño de los dispositivos y el consumo de energía durante el funcionamiento”.
Además, la fabricación a nanoescala mejora la capacidad de los investigadores para estudiar las propiedades fundamentales del material, descubrir los límites de su rendimiento a tamaños reducidos y, posiblemente, abrir el camino a su uso en tecnologías cuánticas debido a sus inusuales propiedades ópticas y acústicas. “Con esta delgadez, podemos explorar realmente las minúsculas interacciones físicas”, afirma Ping Wang, investigador científico de ingeniería eléctrica e informática de la UM. Esto nos ayudará a desarrollar futuros sistemas y dispositivos cuánticos”.
En conclusión, el avance de la Universidad de Michigan en la fabricación de semiconductores ferroeléctricos de sólo cinco nanómetros de grosor es un avance significativo en el campo de la informática. Esto podría revolucionar la forma en que almacenamos y procesamos la información, hacer que los dispositivos sean más eficientes energéticamente y abrir nuevas posibilidades para el desarrollo de sistemas y dispositivos cuánticos. Resulta emocionante pensar en qué otros avances de esta investigación se producirán en un futuro próximo.
