Según estudios de la Escuela Politécnica de Lausana

René Anaya

Todavía no se terminaba de explorar la posibilidad de utilizar una de las formas en que se encuentra el carbono ─el grafeno─ en lugar del silicio en los circuitos integrados de las computadoras, cuando surgió otro posible sustituto de esos dos elementos, la molibdenita o disulfuro de molibdeno (MoS₂).

La molibdenita, de apariencia y de tacto similar al grafito (otra de las formas del carbono), tiene propiedades lubricantes por lo que se utiliza como tal. Pero recientemente se descubrió que tienen características que la podrían convertir en el material idóneo para diseñar transistores más pequeños y más eficientes.

Una competición por la banda prohibida

En 2004, los científicos Andrei Geim y Konstantin Novoselov lograron aislar por primera vez el grafeno, la cual consiste en una capa única de átomos de carbono con una estructura semejante a la de un panal. Esta fina y casi transparente lámina, con el grosor de un átomo, es extremadamente resistente y altamente conductora, por lo que se consideró que podría sustituir a los transistores de silicio en las computadoras, ya que son más rápidos. Por este trabajo, Geim y Novoselov obtuvieron en 2010 el Premio Nobel.

A pesar de lo prometedor que parecía la investigación sobre el grafeno, había un problema que parece difícil de superar: conseguir de una manera sencilla que pase del estado conductor al no conductor, como lo hace el silicio y otros semiconductores. En realidad, sí se ha podido lograr que el grafeno se comporte como semiconductor, pero gracias a técnicas muy complejas que han dificultado su empleo.

Esa propiedad electrónica de pasar de conductor a no conductor se conoce como banda prohibida (band-gap, en inglés), la cual es el pilar de la electrónica, ya que de ella depende el funcionamiento de diodos (componentes electrónicos de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica en un sentido) y de transistores.

Esa banda prohibida, que permite señalizar los 1 y 0 en las computadoras, está presente en forma natural en semiconductores como el silicio, el cual se ha convertido por esa razón en el componente esencial de los circuitos integrados… hasta ahora.

Pero esa preponderancia del silicio podría estar por terminar. Recientes investigaciones realizadas por el doctor Andras Kis y colaboradores en el Laboratorio de Nanoelectrónica y Nanoestructuras, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza, parecen indicar que la molibdenita podría desplazar al silicio como componente fundamental de los chips; inclusive, podría dejar fuera de la competición al grafeno, que hasta hace poco tiempo se había considerado como el material del futuro en las computadoras, ya que se pensaba que podría desplazar al silicio.

Hacia el valle de la molibdenita

La molibdenita ─de acuerdo con la investigación de Kis, publicada en la revista Nature Nanotechnology─ tiene numerosas ventajas como semiconductor. Su estructura atómica, que consiste en láminas de átomos de molibdeno contenidos entre láminas de átomos de azufre, como si se tratara de un emparedado, ha permitido obtener hojas de molibdenita de 0.65 nanómetros (un nanómetro equivale a la milmillonésima parte de un metro) de espesor y de aproximadamente 10 micrómetros (un micrómetro equivale a la millonésima parte de un metro) de un extremo a otro.

Esas láminas se colocaron en una oblea de silicio y se les añadió conexiones eléctricas de oro; como el oro y la molibdenita no se conectan bien, los científicos agregaron óxido de hafnio que funciona como rampas eléctricas entre las terminales de oro y la molibdenita. De esta forma se obtuvo un chip más pequeño, más eficiente y más estable que el de silicio.

Desde el punto de vista energético, estos transistores mejoran el consumo de los circuitos integrados, ya que su capacidad de conmutación (pasar de on a off, la banda prohibida) mejora mucho y conmutan mucho más rápido, por lo que pueden pasar a un modo de reposo con poco consumo. Kis y sus colaboradores consideran que transistores de molibdenita consumen cien mil veces menos energía en su estado de reposo, con respecto a los transistores de silicio.

La molibdenita “es un material de dos dimensiones, muy delgado y fácil de usar en nanotecnología. Tiene potencial real en la fabricación de transistores muy pequeños” ha afirmado Andras Kis. Pero el investigador también es cauteloso, pues ha advertido: “Todavía existen muchas cuestiones por resolver, como por ejemplo, el modo de producción a gran escala. Hay mucho que explorar sobre la molibdenita”.

Efectivamente, aunque estas primeras investigaciones son muy prometedoras, deben realizarse más trabajos experimentales antes de que puedan aplicarse en la industria electrónica. Además, se debe tomar en cuenta que la sustitución del silicio significaría millones de dólares en pérdidas para las empresas del Valle del Silicio y… negocios son negocios.

reneanayas@yahoo.com.mx