Una molécula única podría conducir a ordenadores más pequeños y eficientes
Un nuevo tipo de molécula podría ofrecer un material revolucionario para los chips informáticos
Hoy en día, la mayoría de nosotros llevamos un ordenador bastante potente en la mano: un smartphone. Pero los ordenadores no siempre fueron tan portátiles. Desde la década de 1980 son más pequeños, ligeros y están mejor equipados para almacenar y procesar grandes cantidades de datos. Sin embargo, los chips de silicio que los alimentan no pueden ser más pequeños.
De izquierda a derecha: Shen, Wang y Shiri con su molécula y un modelo químico de la misma.
Joshua Prezant/University of Miami
"En los últimos 50 años, el número de transistores que podemos poner en un chip se ha duplicado cada dos años", afirma Kun Wang, profesor adjunto de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Miami. "Pero estamos alcanzando rápidamente los límites físicos de la electrónica basada en el silicio, y cada vez es más difícil miniaturizar los componentes electrónicos con las tecnologías que hemos estado utilizando durante medio siglo".
Es un problema que Wang y muchos en su campo de la electrónica molecular esperan resolver. En concreto, buscan una forma de conducir la electricidad sin utilizar silicio o metal, que se emplean hoy en día para crear chips informáticos. El uso de materiales moleculares diminutos para componentes funcionales como transistores, sensores e interconexiones en chips electrónicos ofrece varias ventajas, sobre todo a medida que las tecnologías tradicionales basadas en el silicio se acercan a sus límites físicos y de rendimiento.
Pero encontrar la composición química ideal para esta molécula ha dejado perplejos a los científicos. Recientemente, Wang, junto con sus estudiantes de posgrado Mehrdad Shiri y Shaocheng Shen, y sus colaboradores Jason Azoulay, profesor asociado del Instituto de Tecnología de Georgia, e Ignacio Franco, profesor de la Universidad de Rochester, descubrieron una solución prometedora.
El equipo ha presentado lo que consideran la molécula orgánica más conductora de electricidad del mundo. Su descubrimiento, publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, abre nuevas posibilidades para construir dispositivos informáticos más pequeños y potentes a escala molecular. Y lo que es aún mejor, la molécula está compuesta por elementos químicos presentes en la naturaleza, principalmente carbono, azufre y nitrógeno.
"Hasta ahora no existía ningún material molecular que permitiera a los electrones atravesarlo sin una pérdida significativa de conductividad", afirma Wang. "Este trabajo es la primera demostración de que las moléculas orgánicas pueden permitir que los electrones migren a través de ellas sin ninguna pérdida de energía a lo largo de varias decenas de nanómetros".
Las pruebas y la validación de su nueva y exclusiva molécula llevaron más de dos años.
Sin embargo, el trabajo de este equipo revela que sus moléculas son estables en condiciones ambientales cotidianas y ofrecen la mayor conductancia eléctrica posible a longitudes inigualables. Por lo tanto, podría allanar el camino para que los dispositivos informáticos clásicos sean más pequeños, más eficientes energéticamente y más económicos, añadió Wang.
En la actualidad, la capacidad de una molécula para conducir electrones disminuye exponencialmente a medida que aumenta su tamaño. Estos "cables" moleculares de nuevo desarrollo son las autopistas necesarias para transferir, procesar y almacenar la información en la informática del futuro, explicó Wang.
"Lo que es único en nuestro sistema molecular es que los electrones viajan a través de la molécula como una bala sin pérdida de energía, por lo que teóricamente es la forma más eficiente de transporte de electrones en cualquier sistema material", señaló Wang. "No sólo puede reducir el tamaño de los futuros dispositivos electrónicos, sino que su estructura también podría permitir funciones que ni siquiera eran posibles con materiales basados en el silicio".
Wang quiere decir que las capacidades de la molécula podrían crear nuevas oportunidades para revolucionar la ciencia de la información cuántica basada en moléculas.
"La conductancia eléctrica ultraelevada observada en nuestras moléculas es el resultado de una intrigante interacción de los espines de los electrones en los dos extremos de la molécula", añadió. "En el futuro, se podría utilizar este sistema molecular como un qubit, que es una unidad fundamental para la computación cuántica".
El equipo pudo darse cuenta de estas capacidades estudiando su nueva molécula con un microscopio de barrido en túnel (STM). Utilizando una técnica llamada STM break-junction, el equipo pudo capturar una sola molécula y medir su conductancia.
Shiri, la estudiante de posgrado, añadió: "En términos de aplicación, esta molécula es un gran salto hacia las aplicaciones en el mundo real. Como es químicamente robusta y estable en el aire, podría incluso integrarse con los componentes nanoelectrónicos existentes en un chip y funcionar como cable electrónico o interconexión entre chips."
Además, los materiales necesarios para componer la molécula son baratos y puede crearse en un laboratorio.
"Este sistema molecular funciona de una forma que no es posible con los materiales convencionales actuales", afirma Wang. Se trata de nuevas propiedades que no aumentan el coste, pero que pueden hacer que los dispositivos informáticos sean más potentes y eficientes energéticamente".
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Publicación original
Shaocheng Shen, Mehrdad Shiri, Paramasivam Mahalingam, Chaolong Tang, Tyler Bills, Alexander J. Bushnell, Tanya A. Balandin, Leopoldo Mejía, Haixin Zhang, Bingqian Xu, Ignacio Franco, Jason D. Azoulay, Kun Wang; "Long-Range Resonant Charge Transport through Open-Shell Donor–Acceptor Macromolecules"; Journal of the American Chemical Society, 2025-5-1
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