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Transistores de fósforo: la clave para hacer procesadores de alto rendimiento

Los chips o semiconductores son imprescindibles para cualquier tecnología, dispositivo o aparato que tengas en casa o uses en el trabajo. Y aunque hemos logrado en poco tiempo crear chips más rápidos y eficientes, cada vez cuesta más. De ahí que se busquen alternativas como nuevas maneras de diseñar los procesadores o las computadoras. O nuevos materiales. Por ejemplo, ¿y si sustituimos el silicio, el galio o el germanio de los chips actuales por transistores de fósforo?

El fósforo abunda en la naturaleza. Según Wikipedia, en la corteza terrestre hay un gramo por kilogramo de tierra. A diferencia de otras materias primas más habituales en la fabricación de transistores y cuya alta demanda las hace más difíciles de conseguir. Y, al parecer, tiene propiedades interesantes desde el punto de vista de la electrónica y la computación. 

Curiosamente, sus usos más frecuentes en la actualidad son muy dispares: cerillas, fuegos artificiales, explosivos, fertilizantes, bebidas, limpiador, metalurgia… Pero investigadores de la Universidad King Abdullah de Ciencia y Tecnología creen que los transistores de fósforo pueden ayudar a crear una nueva generación de máquinas de alta capacidad y que lidien con tareas tan exigentes como la inteligencia artificial o la realidad virtual

Un no metal haciendo de semiconductor

Lo primero que llama la atención de la propuesta de los tres científicos que aparecen en el estudio es que combinen fósforo y semiconductores. A diferencia del silicio y demás ingredientes de los chips actuales, el fósforo no es un metaloide. Es decir, que no tiene propiedades que lo hagan un buen conductor de electricidad. Al menos, en según qué condiciones.

Como decía antes, los investigadores proponen el uso de semiconductores o transistores de fósforo ultrafinos que se vuelven metálicos al apilarse. Esta sería la clave para resolver los problemas de resistencia de los chips actuales y aumentar el rendimiento considerablemente. Ya que haría más rápida la transmisión de señales eléctricas. No sólo eso. No sirve cualquier fósforo. Se trata de una forma de fosforeno azul ultrafino que, al parecer, tiene interesantes propiedades electrónicas. 

La conclusión de la investigación es que implementando este material basado en el fósforo en los transistores de efecto de campo, se podrían fabricar chips con una menor resistencia de contacto y mayor conducción. A mayor conducción eléctrica y menor resistencia, más potentes serían estos transistores. Esto se traduciría en semiconductores de alto rendimiento o alta capacidad que podrían emplearse tanto en computación tradicional como en computación cuántica. Precisamente, en este sentido ha dado buenos resultados en el plano teórico.

Nuevos materiales pueden potenciar la electrónica como ocurre con los transistores de fósforo

Transistores de efecto de campo basados en el fósforo

Los transistores de efecto de campo, conocidos por sus siglas FET (field effect transistors), se emplean en los circuitos integrados actuales. Su labor es influir en el flujo de corriente a través de sus canales mediante un voltaje aplicado. En la práctica, se comportan como interruptores o amplificadores controlados electrónicamente. Pero entre los canales semiconductores y los electrodos metálicos se produce resistencia eléctrica.

Los transistores de fósforo propuestos por Shubham Tyagi, Paresh C. Rout y Udo Schwingenschlögl reducen esa resistencia de contacto ya que no hay uniones. Solo una monocapa semiconductora de fosforeno azul que hace de material de canal y una capa doble metálica de fosforeno azul a modo de electrodos.

Como suele ocurrir en este tipo de investigaciones, hay que ser precavidos y tener paciencia. Para comprobar la efectividad y viabilidad del descubrimiento se han empleado simulaciones por ordenador. Así que todavía falta mucho para ver fabricados transistores de fósforo o que los encontremos en los dispositivos electrónicos que usamos a diario.

Pero como vimos antes, en estas simulaciones se ha podido comprobar la idoneidad de este nuevo tipo de transistores para computadoras de alto rendimiento y/o para su uso en la computación cuántica. Todo recae en la transferencia de electrones a la mayor velocidad posible. Y en este sentido, superó a rivales como el fosforeno negro y el disulfuro de molibdeno.

En definitiva, esto abriría las puertas a máquinas más potentes, eficientes y de menor tamaño que podrían lidiar con tareas exigentes como el procesamiento de datos, la inteligencia artificial, la realidad virtual, las simulaciones por ordenador en cualquier campo de la ciencia y la tecnología y un largo etcétera que todavía está por ver.

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