Un descubrimiento que podría alterar la informática ha surgido de los laboratorios de la Universidad de Miami, donde los físicos han creado lo que puede ser la molécula orgánica más conductora del mundo.
El avance, publicado esta semana en el Revista de la American Chemical Societydemuestra por primera vez que las moléculas orgánicas pueden permitir que los electrones viajen a través de ellos sin pérdida de energía en distancias superiores a 20 nanómetros, una capacidad previamente considerada imposible.
“Hasta ahora, no hay material molecular que permita que los electrones se atraviesen sin una pérdida significativa de conductividad”, explica Kun Wang, profesor asistente de física en el Colegio de Artes y Ciencias de la Universidad de Miami. “Este trabajo es la primera demostración de que las moléculas orgánicas pueden permitir que los electrones migren a través de él sin pérdida de energía en varias decenas de nanómetros”.
El equipo de investigación, dirigido por Wang e incluyó a los estudiantes graduados Mehrdad Shiri y Shaocheng Shen, colaboró con científicos del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Rochester. Su esfuerzo de dos años dio como resultado un nuevo material notable compuesto principalmente de elementos naturales: carbono, azufre y nitrógeno.
Más allá de los dispositivos informáticos más pequeños y más eficientes en la energía, los investigadores sugieren que su descubrimiento podría permitir funciones completamente nuevas imposibles con el silicio.
El momento es crítico. La informática basada en silicio ha seguido a la ley de Moore durante décadas, con la densidad de transistores duplicando aproximadamente cada dos años. Pero las limitaciones físicas amenazan este progreso.
“Estamos alcanzando rápidamente los límites físicos para la electrónica basada en silicio, y es más difícil miniaturizar los componentes electrónicos utilizando los materiales que hemos estado utilizando durante medio siglo”, señala Wang.
Lo que distingue a este sistema molecular es cómo se mueven los electrones a través de él. A diferencia de los materiales convencionales donde la conductividad disminuye exponencialmente a medida que aumenta el tamaño molecular, estos “cables” moleculares mantienen su conductividad a través de distancias sorprendentes.
“Lo único 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 es teóricamente la forma más eficiente de transporte de electrones en cualquier sistema de material”, explica Wang.
La estabilidad de la molécula en condiciones ambientales hace que sea particularmente prometedora para las aplicaciones del mundo real. El estudiante graduado Shiri enfatizó esta practicidad: “Dado que es químicamente robusto y estable al aire, incluso podría integrarse con los componentes nanoelectrónicos existentes en un chip y trabajar como un cable electrónico o interconexiones entre chips”.
Más allá de los dispositivos informáticos más pequeños y más eficientes en la energía, los investigadores sugieren que su descubrimiento podría permitir funciones completamente nuevas imposibles con el silicio. La estructura de la molécula resulta de “una interacción intrigante de giros de electrones en los dos extremos de la molécula”, lo que puede abrir puertas para aplicaciones en computación cuántica.
El equipo de investigación utilizó una técnica llamada STM Break-Dunción bajo un microscopio de túnel de escaneo para capturar moléculas individuales y medir su conductancia.
Si bien las aplicaciones prácticas aún pueden estar a años de distancia, los hallazgos representan un paso significativo hacia la electrónica a escala molecular utilizando materiales que son económicos y producibles de laboratorio.
“Estas son nuevas propiedades que no se sumarían al costo, pero podrían hacer que los dispositivos informáticos sean más potentes y eficientes energéticamente”, concluye Wang.
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