Nuevos materiales para la computadora del futuro

Milan Radovic es investigador en la línea de haz de Espectroscopía de Interfaces y Superficies (SIS) de la Fuente de Luz Sincronizada de Suiza (SLS). Estudió Física Aplicada en la Universidad de Belgrado, Serbia, donde también inició su carrera investigadora en el Departamento de Física Atómica. En 2009 obtuvo su doctorado en la Universidad de Nápoles, Italia. En 2003 fue invitado a realizar una doble función en la EPFL Lausana y en el PSI, donde ha sido investigador desde 2013. (Foto: Instituto Paul Scherrer / Mahir Dzambegovic)

Milan Radovic y Eduardo Bonini Guedes (derecha) del Grupo de Espectroscopía de Materiales Cuánticos en la línea de haz SIS de la Fuente de Luz Sincrónica de Suiza SLS. (Foto: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic) / Milan Radovic y Eduardo Bonini Guedes del Grupo de Espectroscopía de Materiales Cuánticos en la línea de haz SIS de la Fuente de Luz Sincrónica de Suiza. (Foto: Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic)

Los nuevos materiales podrían revolucionar la tecnología informática. Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han alcanzado un hito importante en su camino mediante investigaciones con la fuente de luz sincrotrón Suiza SLS.

Los microchips están hechos de silicio y funcionan según el principio físico del semiconductor. Nada ha cambiado desde que en los laboratorios Bell de Estados Unidos en 1947 se inventó el transistor. Una y otra vez, los investigadores han pronosticado el fin de la era del silicio, y han estado equivocados. La tecnología de silicio vive, y se desarrolla rápidamente. Justo ahora, la empresa de tecnología IBM ha presentado el primer microprocesador en el que las estructuras de transistores tienen solo dos nanómetros de tamaño, lo que equivale a 20 átomos colocados uno junto a otro. ¿Qué sigue después? ¿Estructuras aún más pequeñas? Probablemente sí, al menos para esta década.

Paralelamente, en los laboratorios de investigación toman forma ideas para una nueva tecnología que podría voltear todo lo que creíamos saber sobre la microelectrónica. Uno de los ejemplos más destacados lo proporciona el equipo de Milan Radovic. Hoy, Milan Radovic del Instituto Paul Scherrer en Communication Physics ha presentado un resultado de investigación impactante sobre óxidos transparentes (TO), que podría abrir la puerta a esta nueva tecnología.

Microchips innovadores

Radovic y sus colegas Muntaser Naamneh y Eduardo Guedes, junto con el grupo de Bharat Jalan de la Universidad de Minnesota, EE. UU., trabajan no con silicio, sino con óxidos de metales de transición (TMO). Muestran fenómenos extraordinarios y multifuncionales como la superconductividad a altas temperaturas, un efecto magnetorresistivo colosal, transiciones metal-aislante y mucho más. Lo que para el público en general puede parecer inicialmente confuso, promete avances enormes para la tecnología de chips del futuro.

En su trabajo sobre la publicación actual, los investigadores se concentran en el óxido de bario-estaño (BaSnO3), que combina transparencia óptica con alta conductividad eléctrica.

Desde hace algún tiempo, los investigadores intentan extraer propiedades similares a las de los semiconductores de óxidos de metales de transición, así como de óxidos transparentes específicos como BaSnO3 y SrSnO3. En comparación con el silicio, esto tendría ventajas revolucionarias para los elementos optoelectrónicos: con estos perovskitos transparentes y conductores, sería posible crear componentes de conmutación en los que las propiedades electrónicas estén directamente vinculadas a las propiedades ópticas. Esto haría posibles transistores que puedan ser activados con luz.

El conocimiento sobre las capas límite es crucial

Todos los microchips están construidos a partir de combinaciones de diferentes materiales. Para su funcionamiento, es importante entender qué sucede en las delgadas capas límite entre estos materiales. En su superficie, algunos materiales tienen propiedades físicas completamente diferentes a las de su interior. De hecho, en las fronteras de los materiales pueden surgir fases exóticas de la materia, un hallazgo por el cual tres físicos británicos recibieron en 2016 el Premio Nobel de Física. La contribución publicada ahora describe avances significativos en la comprensión de las propiedades electrónicas de la superficie de BaSnO3.

Para ello, se utilizó espectroscopía de fotoemisión angularmente resuelta en una línea de haces de la fuente de luz sincrotrón Suiza SLS, «para revelar el estado electrónico bidimensional en BaSnO3, que abre nuevas perspectivas para esta clase de materiales», destaca Eduardo Guedes.

Las mejores condiciones para la espectroscopía en la SLS

Que este resultado se haya logrado en el PSI no es casualidad. Los investigadores del PSI disponen de un laboratorio especializado en fabricar, modificar y estudiar completamente estas películas delgadas. Además, el PSI con su SLS ofrece las mejores condiciones para analizar materiales con alta resolución espacial y temporal. Estos métodos espectroscópicos son una especialidad del centro de investigación suizo. En todo el mundo, solo existen tres lugares donde se cumplen todas estas condiciones simultáneamente. Además, se requiere el conocimiento adecuado y una infraestructura de investigación potente. «En el PSI, combinamos y unimos la comprensión con las capacidades experimentales», dice Radovic. Los investigadores quieren ahora descubrir qué otros materiales muestran propiedades similares y podrían ser candidatos potenciales para microchips ópticos del futuro.

Pero la tecnología de silicio no pertenece a la vieja guardia, subraya Milan Radovic. Está altamente desarrollada y es muy eficiente. «Pero la tecnología basada en óxidos de metales de transición es más potente y versátil — su momento llegará.»