En la última década, ha habido mucho entusiasmo por el descubrimiento, reconocido por el Premio Nobel de Física hace solo dos años, de que hay dos tipos de aisladores: aisladores normales que no conducen electricidad, y aisladores topológicos:materiales recién descubiertos que conducen electricidad solo en sus bordes.
Ahora, los investigadores de FLEET en la Universidad de Monash, Australia, han "cambiado" con éxito un material entre estos dos estados de la materia mediante la aplicación de un campo eléctrico. Este es el primer paso para crear un transistor topológico en funcionamiento:Una nueva generación propuesta de dispositivos electrónicos de energía ultra baja.
La electrónica de energía ultrabaja, como los transistores topológicos, permitiría que la informática continúe creciendo, sin estar limitada por la energía disponible a medida que nos acercamos al final de las mejoras alcanzables en la electrónica tradicional basada en silicio un fenómeno conocido como el final de la Ley de Moore.
"La electrónica topológica de energía ultrabaja es una respuesta potencial al desafío cada vez mayor del desperdicio de energía en la informática moderna", explica el autor del estudio, el profesor Michael Fuhrer.
"La tecnología de la información y las comunicaciones TIC ya consume el 8% de la electricidad global, y eso se duplica cada década"
Este nuevo estudio es un avance importante hacia ese objetivo de un transistor topológico en funcionamiento.
CÓMO FUNCIONA: MATERIALES TOPOLÓGICOS Y TRANSISTORES TOPOLÓGICOS
Los aislantes topológicos son materiales novedosos que se comportan como aislantes eléctricos en su interior, pero pueden transportar una corriente a lo largo de sus bordes.
"En estos caminos de borde, los electrones solo pueden viajar en una dirección", explica el autor principal, el Dr. Mark Edmonds. "Y esto significa que no puede haber 'dispersión inversa', que es lo que causa resistencia eléctrica en los conductores eléctricos convencionales".
A diferencia de los conductores eléctricos convencionales, tales caminos de borde topológicos pueden transportar corriente eléctrica con una disipación de energía cercana a cero, lo que significa que los transistores topológicos podrían quemar mucha menos energía que la electrónica convencional. También podrían cambiar potencialmente más rápido.
Los materiales topológicos formarían un componente activo de 'canal' del transistor, logrando la operación binaria utilizada en la computación, cambiando entre abierto 0 y cerrado 1.
"Este nuevo interruptor funciona con un principio fundamentalmente diferente al de los transistores en las computadoras actuales", explica el Dr. Edmonds. "Visualizamos tales interruptores que facilitan una tecnología informática completamente nueva, que utiliza menos energía".
El campo eléctrico induce una transición cuántica del aislante 'topológico' al aislante convencional.
Para ser una alternativa viable a la tecnología actual basada en silicio CMOS, los transistores topológicos deben :
Si bien en teoría se han propuesto aislantes topológicos intercambiables, esta es la primera vez que el experimento ha demostrado que un material puede cambiar a temperatura ambiente, lo cual es crucial para cualquier tecnología de reemplazo viable.
En este estudio, los experimentos se realizaron a temperaturas criogénicas, pero la gran brecha de banda medida confirma que el material cambiará adecuadamente a temperatura ambiente.
USO DE LA ENERGÍA DE LAS TIC, EL FIN DE LA LEY DE MOORE Y SOLUCIONES 'MÁS ALLÁ DE CMOS'
El desafío general detrás del trabajo es la creciente cantidad de energía utilizada en las tecnologías de la información y la comunicación TIC, un gran componente del cual se debe al cambio.
Cada vez que un transistor cambia, se quema una pequeña cantidad de energía, y con billones de transistores que cambian miles de millones de veces por segundo, esta energía se suma.
Durante muchos años, las demandas de energía de un número exponencialmente creciente de cálculos se mantuvieron bajo control mediante microchips CMOS basados en silicio cada vez más eficientes y compactos, un efecto relacionado con la famosa 'Ley de Moore'.Pero a medida que se acercan los límites fundamentales de la física, la Ley de Moore está terminando y hay eficiencias futuras limitadas que se encontrarán.
"La revolución de la tecnología de la información ha mejorado nuestras vidas y queremos que continúe", dice el profesor Michael Fuhrer.
"Pero para que la computación continúe creciendo, para mantenerse al día con las demandas cambiantes, necesitamos productos electrónicos más eficientes".
"Necesitamos un nuevo tipo de transistor que quema menos energía cuando cambia"
"Este descubrimiento es un paso en la dirección de los transistores topológicos que podrían transformar el mundo de la computación".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :