Un 12 de mayo de 1941, el ingeniero alemán Konrad Zuse presentaba la primera computadora. Pesaba tres toneladas, tenía el tamaño de un gran armario y tardaba tres segundos en hacer una multiplicación. En medio de la Segunda Guerra Mundial, el anuncio pasaba totalmente desapercibido, pero era el puntapié inicial del fenomenal desarrollo de la industria de la Informática, que ya lleva más de 70 años.
En la actualidad, con ordenadores que caben en la palma de la mano, los tubos de vacío ya son una postal del recuerdo, sentenciados al olvido por los modernos microchips, que aumentaron la capacidad de almacenamiento y procesamiento hasta límites insospechados. Sin embargo, ese impulso está hoy “físicamente” amenazado: no hay más lugar para colocar los transistores.
Este problema ya había sido enunciado en 1965 por el co-fundador de Intel, Gordon Moore, quien había afirmado que aproximadamente cada 18 meses se duplicaría la capacidad de almacenamiento de la información. Esta ley se ha venido cumpliendo durante las últimas décadas, pero como implica también aumentar el número de transistores en un circuito integrado, las distancias entre cada uno de ellos se reduce drásticamente. En la actualidad, la distancia promedio entre transistores de los microchips más avanzados es de unos 32 nanómetros.
Esta ínfima distancia ya es escasamente reducible, debido a que, a una menor distancia, ya se “verían” entre ellas las moléculas de los núcleos de cada transistor. Este límite físico imposibilita seguir aumentando las prestaciones con los procesos tecnológicos disponibles en la actualidad. Sin embargo, hay una solución: la nanotecnología.
En este contexto, el CONICET suscribió un acuerdo de cooperación internacional con el National Science Foundation, su equivalente norteamericano, para avanzar en el desarrollo de modelos predictivos de estructuras nanométricas que sirvan para enfrentar problemas como estos, con aplicaciones tan diversas como la industria informática, el sector energético o la medicina.
“Estamos preparando las herramientas y estudiando la física básica de estas estructuras para tener modelos que tengan carácter predictivo, es decir, que prevean que, para hacer tal cosa, se necesita preparar la muestra de tal manera. Desarrollamos modelos físicos y matemáticos para investigar la factibilidad de algunas metodologías propuestas para la obtención de las nanopartículas”, explicó a la Agencia CTyS Javier Diez, doctor en Física e Investigador del CONICET.
Diez es el director del grupo “Fluidos superficiales y fenómenos de interfaces” del Instituto de Física Arroyo Seco (IFAS) de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNICEN). Este grupo trabaja en conjunto con expertos del Instituto Tecnológico de New Jersey, la Universidad de Tennessee y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, con sede en los Estados Unidos.
“Ellos tienen las capacidades tecnológicas para hacer los experimentos y nosotros hacemos el aporte teórico, el análisis y el desarrollo de los modelos que tratan de explicar los resultados experimentales”, expuso el investigador, que trabaja con sus colegas norteamericanos desde hace más de cuatro años.
Al respecto, describió que las colaboraciones con los investigadores de estas instituciones “se vieron beneficiadas” por el apoyo reciente que recibieron del CONICET. “El convenio nos permite estadías de trabajo de un mes cada año en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y en el Instituto Tecnológico de New Jersey”, remarcó.
Los chips tridimensionales
Siguiendo el ejemplo de los microchips, con estos modelos que se trabajan en el IFAS, podrían utilizarse para desarrollar una nueva generación de procesadores “tridimensionales”, los cuales serían una solución a las limitaciones de los diseños tradicionales.
Hasta el momento, los circuitos integrados en los chips hacen circular la electricidad (es decir, “la información”) hacia los costados, en un eje horizontal. Son esquemas en “2D”. Con los nuevos diseños, la expectativa es que puedan funcionar y transmitir electricidad también en el eje vertical.
Esta doble funcionalidad de los circuitos integrados, de forma horizontal y perpendicular, conformaría los nuevos chips “tridimensionales”, que se “conectarían” no sólo hacia delante y atrás e izquierda y derecha, sino también para arriba y abajo.
“Para estas innovaciones que muchos expertos están pensando hacer, necesitan tener las matrices especiales que nosotros estamos investigando, con las cuales pueden predecir el comportamiento de los núcleos iniciadores y las posiciones, las distancias y los tamaños necesarios para un óptimo desempeño de los circuitos electrónicos”, reveló Diez.
La “nano-energía”
Otra de las aplicaciones más importantes de los estudios del IFAS puede ocurrir en la industria energética, en el desarrollo de celdas fotovoltaicas. Estas celdas permiten generar electricidad, a partir de la luz del sol.
En la actualidad, los paneles solares se fabrican con planchas de silicio, un material muy costoso. No obstante, a través del manejo de la materia a una escala nanométrica, es posible reemplazar esos paneles por una grilla de nanopartículas metálicas, que recubriría una película delgada de silicio. Esto, reduciría los costos, a la vez que incrementaría la eficiencia de los dispositivos.
“En este momento, junto con los Dres. Alejandro González y Marcelo Lester de este Instituto, estamos realizando la simulación del funcionamiento de esos circuitos de generación eléctrica y los cálculos de geometría sencilla que nos permitan entender el comportamiento de los materiales en una escala nanométrica”, refirió el investigador y comentó que “los ensayos serán llevados a cabo en el laboratorio de Oak Ridge, en Estados Unidos”.
