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Computación

Trancitor, el nuevo componente que podría revolucionar la electrónica

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Una nueva teoría predice la existencia de un dispositivo electrónico que funciona como un transistor inverso y que permitiría crear circuitos más pequeños, más rápidos que consumen menos energía. Ahora solo falta que algún ingeniero sea capaz de construirlo

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Mariana Díaz
  • 28 Mayo, 2018

En 1971, el joven ingeniero electrónico de la Universidad de California en Berkeley (EE. UU.) Leon Chua comenzó a trabajar en un enfoque matemático fundamental para la electrónica. Su teoría se basaba en las relaciones entre la carga, la corriente, el flujo magnético y el voltaje, y la forma en que estas variables electromagnéticas varían a medida que pasan a través de los elementos del circuito básico de resistencias, capacitores e inductores.

Cuando un corriente pasa a través de una resistencia, crea un voltaje. Para un voltaje dado, un condensador almacena una cierta cantidad de carga. Y una corriente que pasa a través de un inductor genera un flujo magnético. Pero Chua vio que faltaba algo: una relación entre la carga y el flujo magnético.

Diagramas: a. Suministro / Carga de transistores / Parcialidad / dentro / Suelo / fuera / total. b. Suministro / dentro / Transistor / Trancitor / fuera / total / Suelo.

El joven ingeniero sugirió que debía existir un dispositivo que pudiera vincular esas dos variables, y lo llamó memristor, pero durante 30 años no pensó mucho en ello. Luego, en 2004, los investigadores de HP anunciaron que habían creado un memristor, y que tenía la extraordinaria capacidad de almacenar información sin usar energía. Era como una resistencia con memoria.

Desde entonces, los memristores han empezado a incorporarse en chips para simular, entre otras cosas, la forma en que el cerebro humano procesa la información. Otros investigadores han comenzado la búsqueda de memcapacitores y meminductores, versiones análogas del resto de  componentes electrónicos pasivos.

Esta historia plantea una pregunta interesante. ¿Todavía existen otros elementos electrónicos por descubrir? Y, de ser así, ¿qué harían?

Hoy tenemos respuesta gracias al trabajo del investigador de la Universidad Nacional de Pusan (Corea del Sur) Sungsik Lee. Mientras que Chua se centró en componentes electrónicos pasivos, como resistencias y condensadores, Lee ha estudiado las propiedades de los componentes electrónicos activos, como los transistores. Y cree que ha identificado otra brecha y que el dispositivo que falta, si se puede construir, tendrá profundas consecuencias para el futuro de la electrónica.

El razonamiento de Lee se centra en el dispositivo electrónico activo más importante: el transistor. Tiene una salida que puede ser conmutada por una entrada de corriente o voltaje. En otras palabras, un transistor es una forma de encender y apagar la corriente. Sin embargo, no hay un dispositivo comparable para cambiar un voltaje. Así que se ha puesto manos a la obra para describir cómo sería tal dispositivo.

Los transistores toman una señal de entrada y la transfieren a la salida de corriente, como una resistencia variable. De ahí surge el nombre, de una combinación de "transferencia" y "resistencia". Por el contrario, el dispositivo que Lee imagina transferiría una señal de entrada a una salida de voltaje, como un condensador eléctrico variable. Por lo que el investigador lo ha bautizado como trancitor (por el juego de palabras en inglés de transfer y capacitor).

Lee también describe cómo podría utilizarse. Una aplicación obvia es emparejar un trancitor y un transistor para crear circuitos mucho más simples y más eficientes que los diseños existentes. Por ejemplo, Lee muestra cómo sería posible crear un amplificador de voltaje simple con un único trancitor y un solo transistor. Por el contrario, una versión convencional de este circuito requiere cuatro transistores.

Lee continúa simulando dicho circuito y dice que el resultado es más pequeño, no necesita tanta energía y es más rápido que los circuitos convencionales con un solo transistor.

Eso tiene implicaciones importantes para los dispositivos electrónicos. Los circuitos transistores-trancitores ocuparían mucho menos espacio, consumirían menos energía y trabajarían a velocidades más rápidas que los circuitos convencionales. "Los trancitores provocarían un nuevo paradigma de electrónica", señala Lee.

Pero queda una pregunta importante sin resolver: ¿cómo se construye un trancitor?

Lee explica que su nuevo dispositivo podría funcionar empleando el conocido efecto Hall, que produce un voltaje a través de un conductor cuando se aplica un campo magnético en una dirección perpendicular a la corriente. Pero no está claro cómo podría explotarse esto a escala nanométrica en circuitos compatibles con semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS, por sus siglas en inglés).

Los circuitos electrónicos llevan décadas optimizándose, por lo que cualquier dispositivo de nueva creación tendría que adaptarse a los avances actuales.

Una razón por la cual el memristor de Chua tardó tanto en ser descubierto fue que las propiedades materiales que le permiten funcionar solo pueden ser manipuladas a escala atómica. Por lo que, hasta hace poco, no había forma de hacer uno que fuera eficiente.

No hay duda de que el efecto Hall funciona en la escala de los portadores de carga subatómica. Así que todo lo que necesitamos ahora es algún ingeniero electrónico emprendedor capaz de construir un trancitor y ponerlo en marcha.

Ref: arxiv.org/abs/1805.05842A Missing Active Device—Trancitor for a New Paradigm of Electronics

 

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