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Los retos de la miniaturización Electrónica
La constante miniaturización y el aumento de la eficiencia de los componentes electrónicos obliga a la industria a buscar nuevos materiales que permitan superar las limitaciones de aquellos que se empleaban hasta ahora. Pero muchos materiales pierden sus propiedades en cuanto sus dimensiones alcanzan un cierto límite. El “efecto tamaño” puede suponer un gran obstáculo para la futura miniaturización de los componentes electrónicos, electromecánicos y electroópticos.
Imagen a través de microscopio electrónico de una isla de material ferroeléctrico. Foto: Max Planck Institute of Microstructure Physics
(NC&T) Esto es especialmente cierto en una categoría de materiales muy prometedora, los óxidos ferroeléctricos. El origen de su “efecto tamaño” ha sido descubierto por investigadores del Max Planck Institute, quienes creen que la información nos ayudará a superar el problema.
Los científicos han encontrado diminutos defectos lineales, con una extensión de menos de una décima de nanómetro, que son capaces de deformar un tubo hecho con este material, con un diámetro exterior cuadrangular de 4 por 8 nanómetros. La deformación es tan severa que sus propiedades ferroeléctricas útiles se ven destruidas en su interior. Así pues, si este material debe ser usado bajo dimensiones nanométricas, por ejemplo, en elementos de memoria de futuros componentes electrónicos, deberemos evitar a toda costa la presencia de tales defectos.
Los expertos dicen que los óxidos ferroeléctricos pueden ser empleados para construir celdas de memoria no volátil en sistemas microelectrónicos basados en silicio, es decir, celdas que no pierden la información que almacenan cuando se desconecta la fuente de alimentación. Las memorias RAM de los ordenadores personales mejorarían mucho con este tipo de celdas, con una densidad de varios miles de millones de bits por centímetro cuadrado. Su capacidad es tanta que procesos que consumen tanta energía y tiempo como encender un ordenador y la grabación de archivos en los discos duros podrían evitarse completamente.
El problema es que para alcanzar este objetivo se precisa una miniaturización de las celdas de memoria hasta un nivel de unas pocas docenas de nanómetros, una región en la que es necesario averiguar si los óxidos ferroeléctricos pueden perder sus propiedades de almacenamiento de información. Los físicos de estado sólido investigan la cuestión en todo el mundo, pero hasta ahora no se tenía una visión clara del origen de los efectos de tamaño de estos óxidos.
Ha sido el grupo compuesto por Ming-Wen Chu, Marin Alexe y Dietrich Hesse, del Max Planck Institute, el que ha conseguido identificar el mecanismo por el cual se producen los efectos de tamaño en los óxidos ferroeléctricos. Según las investigaciones, ciertos defectos de menos de una décima de nanómetro de diámetro pueden contribuir de forma significativa a la pérdida de propiedades de memoria en “islas” de 10 nanómetros. Por tanto, dichos materiales no podrán construirse tan pequeños, o deberá encontrarse la manera de eliminar sus defectos.
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