Se realiza un compendio de varias disciplinas relacionadas con la nanoelectrónica, y de su impacto en la industria electrónica, microelectrónica y computación.Los proyectos en desarrollo y proyecciones a futuro.

1. I NÜEAA T E C N O L O G Í A S
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Nanoelectrónica
Por: Jairo E. Márquez D.
Figura 1. Representación generada por ordenador de un catenano (dos o más anillos químicos
entrelazados), esta molécula se mantiene íntegra porque los dos anillos están entrelazados y no
pueden ser separados sin romperse al menos uno de ellos. La segundafiguraes un rotaxano, un anillo
(macrociclo) cerrado en torno a un eje. El anillo está entre el eje donde los grupos químicos,
formados generalmente por diez o más anillos bencénicos incorporados a cada extremo impiden que
se salga, teniendo en cuenta que no hay interacciones químicas entre el eje y el anillo. Crédito de la
imagen del documento HTML adaptado por el autor Matthew Carroll de su informe 'Towards the
Synthesis of a catenane' sobre un trabajo de investigación realizado en ¡a Birmingham Universit}/.
The nanoelectronics based on the na-
notechnologi;, is the next evolation of
the microelectronic, in which the neto
deuices wiU be designed to nanome-
tñcscales, ofan atomic or molecular
size. This way, it is expected that with
this technologi;, new si;stems of mo-
lecular Computer and quantum com-
puter superior are implemented to any
current supercomputer, to permit
that thefuture electronic devices are
smaller than the box of matches and
not bigger than a grain ofsand. The-
se new computer systems wiU be
much more potent and speedier, with
a capacity of practically infinite sto-
rage of data, reduced energy con-
sumption and a lower operation cosí
This makes that the nanoelectronic is
attractive to the industr; nanotech-
nologi;.
Key words: Nanoelectronics, self-as-
sembling, nanotechnologu, molecular
computer, quantum computer
INTRODUCCIÓN
Gran parte de nuestra actividad cotidia-
na implica el uso de dispositivos que
funcionan gracias a componentes elec-
trónicos. Estos componentes se han per-
feccionado durante las últimas cuatro
décadas utilizando básicamente mate-
riales semiconductores inorgánicos, en-
tre los cuales el silicio es el protagonista
indiscutible. Sin embargo, la tecnología
del silicio tiene sus limitaciones y, desde
principios de los años noventa, se está
dedicando u n gran esfuerzo científico al
desarrollo de una nueva electrónica,
basada en el empleo de materiales mo-
leculares electroactivos.^
Estos nuevos materiales de naturaleza
orgánica, inorgánica e híbrida, serán el
sustituto de los materiales que común-
mente se utilizaban en la industria m i -
8 2
croeledrónica. Dichos materiales respon-
derán igual o mejor a estímulos eléctri-
cos y luminosos de forma similar a los
conductores y semiconductores inorgá-
nicos. P ej. Los polímeros conductores
de electricidad (polímeros conjugados
con alternancia de simples y dobles en-
laces carbono-carbono).
LA LEY DE MOORE AL
BORDE DEL COLAPSO
1965. Gordon Moore plantea que el
número de transistores que contienen los
microchips se duplican cada año. Pos-
teriormente, con el mejoramiento cons-
tante de los métodos de fotolitografía,
el número de transistores se duplica
cada 18 meses. Esto quiere decir, que
cada 18 meses, por el mismo dinero se
puede comprar un microprocesador con
el doble de potencia.
Ahora, esta progresión tiene u n carác-
ter finito, pues las leyes físicas impo-
nen u n límite a las técnicas actuales
para seguir reduciendo el tamaño de
los chips sin sacrificar su potencia. Tal
es la situación, que se predice que
dentro de 10 años, aproximadamente
en el año 2010, la ley de Moore deja
de aplicarse.
M U N D O E L E C T R I C O 58
La SIA (Semiconductor Industry Asso-
ciation) predice que las dimensiones crí-
ticas en los circuitos integrados están
alcanzando la región de los lOOnm, y
finaliza con dimensiones por debajo de
los 50nm. Los circuitos integrados lle-
garán a tener densidades de 10^^ bits/
cm^ equivalente al cerebro h u m a n o
que contiene aproximadamente lO^^si-
napsis/cm^.
Sin embargo, el aumento de la veloci-
dad de respuesta y el número de tran-
sistores por chip han generando nuevos
problemas para los ingenieros, que se
han empeñado en buscar soluciones que
corrijan los efectos colaterales no desea-
dos que surgen con la miniaturización.
N o debemos olvidar, que con la tecno-
logía actual, el tamaño de las pistas
conductoras en un chip es del orden de
0.18/.im,^ y se espera que en unos po-
cos años, estas pistas lleguen a u n mí-
nimo de 0.1yu,m. Por lo tanto, cada tran-
sistor de u n chip de este tamaño, esta-
ría conformado solamente por 100 áto-
mos aproximadamente.
Para sortear este escollo la microelec-
trónica deberá evolucionar; para que
esta evolución sea posible, debe existir
una disciplina afín que permita crear nue-

2. wiom. mimdoelectrico, com
N U E V A S T E C N O L O G Í A S
vos dispositivos a una escala mucho
menor, aumentando de paso la poten-
cia de procesamiento, con u n uso de
energía m u y bajo. Esta disciplina es la
Nanotecnología, donde los elementos de
trabajo directo, serán los átomos y las
moléculas para crear los nuevos dispo-
sitivos electrónicos, tanto por la minia-
turización de las técnicas de fabricación
clásica, como las nuevas técnicas na-
noescalares. Así surge la electrónica mo-
lecular o la Nanoelectrónica.
NANOELECTRÓNICA
El objetivo de la nanoelectrónica, es
manipular los procesos de construcción
natural (emulando las leyes que en la
naturaleza rigen estos procesos), para
obtener a escala industrial sistemas elec-
trónicos de alta complejidad en u n es-
pacio reducido, buscando que los na-
nodispositivos sinteticen moléculas m i -
nimizando factores físicos tales como el
ruido térmico o blanco, disipación tér-
mica, gases tóxicos y la intervención de
la mano del hombre, además de redu-
cir y por qué no anular por completo
los contaminantes en el proceso.
Gracias a la nanoelectrónica, actual-
mente existen ya dispositivos implemen-
tados en la industria microelectrónica y
las telecomunicaciones tales como los
cristales líquidos de matriz activa y pa-
siva en pantallas de monitores y relojes,
xerografía, sensores químicos, biosenso-
res y nanosensores, sistemas de imáge-
nes de alta definición y nanocontactos
en dispositivos de estado sólido.
A nivel experimental se está trabajando
en el procesamiento de señales ópticas
y optoelectrónicas, magnéticas, quími-
cas y biológicas para fabricación de
nanotransistores, nanodiodos," memo-
rias dinámicas, conversores de energía
solar, fotosensores, nanobiosensores y
nanocontactos.
En fotónica no lineal se estudian los dis-
positivos fotónicos (láseres con hilos o
puntos cuánticos), guías de onda fotó-
nicas, conectores intermoleculares, son-
das ópticas, arrays de nanohilos mag-
néticos, conmutadores ópticos, fuentes
puntuales altamente coherentes de ha-
ces de electrones monoenergéticos y
LEDS. Membranas de alúmina, anodi-
zación y electrodeposición, uniones me-
tal-metal y células solares flexibles en-
tre otros.
Se han hecho muchos avances signifi-
cativos en esta nueva ciencia emergen-
te, pero aún falta sortear varios proble-
mas, como son:
Tamaño: Al reducir el tángano de los
circuitos a nanoescala, se pueden intro-
ducir ma;or itúinero de transistores, y
debido a su corta distancia entre ellos,
la velocidad de procesamiento aumen-
ta drásticamente. El problema surge
cuando la escala de trabajo, se acerca al
tamaño atómico, ya que empiezan a ma-
nifestarse los fenómenos físico-cuánti-
cos.
Escaía: A escalas nanométricas, las le-
yes de la física cuántica toman gran re-
levancia. Así, el comportamiento de los
electrones se torna probabilística, es
decir el principio de incertidumbre de
Heissenberg no puede omitirse, pues
la posición y comportamiento de los
electrones y fotones a escalas atómicas,
no es el mismo a escalas mesoscópicas.
Manipulación: Para poder crear dis-
positivos a nanoescala, se requiere de
instrumentos y técnicas muy refinadas
para manipular los electrones y molé-
culas. Los únicos instrumentos que pue-
den asir la materia a nanoescala son el
microscopio de efecto túnel STM y el
microscopio de fuerza atómica AFM.
Desarrollo Tecnológico industrial:
La industria de los semiconductores
confía aún en el silicio, y han encontra-
do soluciones alternativas para no de-
clinar su uso, debido a que un cambio
de tecnología abrupto lo hace inuiable,
ya que los costos de los equipos repre-
sentan miles de millones de dólares.
Este problema se ha tratado, emplean-
do otros materiales híbridos, tales como
el aluminio y titanio. También existe otra
solución planteada por IBM llamada si-
licon-on-insulator. que permitirá redu-
cir el tamaño de los chips hasta los
0. i,um. Las soluciones son a corto pla-
zo, pues el problema está latente, ya que
la capacidad de los equipos actuales
está llegando a sus límites.
Estos problemas se están solucionando
mediante la implementación de técni-
cas que se están desarrollando para la
construcción de circuitos moleculares,
perfeccionando la purificación de los
semiconductores, estudiando otros ma-
teriales para el dopaje de los nanocir-
cuitos (AgGa)* y empleando otros siste-
mas para reducir el espacio de grabado
en las placas de silicio con el fin de in-
troducir mayor cantidad de transistores.
También se está trabajando la forma de
transmisión de información a nivel in-
termolecular. Así, IBM está trabando so-
bre un fenómeno cuántico denominado
espejismo cuántico, en el que no es po-
sible utilizar cables. El sistema que pre-
tenden implementar, proyecta la infor-
mación de u n átomo hasta otro punto
donde no hay un átomo.
Con la evolución de la nanotecnología,
será factible reordenar átomos y molé-
culas para generar nuevas estructuras a
escalas nanométricas, micrométricas y
mesoscópicas. Luego, el concepto na-
noindustria no será una simple utopía,
sino una realidad dentro de pocos años,
en la que el ensamble y autoensamble
molecular serán los nuevos elementos
de trabajo, permitiendo la construcción
de nanorobots, nanocomputadores,
nanosensores, nanocircuitos ( A D N ,
A R N , nanotubos y otras moléculas),
nanoelectrónica, nanointermptores y na-
nomateriales entre otros.
COMPUTACIÓN MOLECULAR
La velocidad de los computadores y su
capacidad de almacenamiento de da-
tos, han sido las principales barreras en
el desarroUo de la inteligencia artificial,
la vida artificial y la robótica. Gracias a
los avances en nanotecnología, se po-
drán desarrollar en pocos años, compu-
tadores 100.000 veces más potentes que
los actuales. Esta nueva generación de
computadores está basada en molécu-
las naturales tales como el A D N y el
ARN. Las compuertas lógicas emplea-
das por los circuitos de cómputo actua-
les, serán sustituidas por moléculas, in-
cluyendo los conectores e interruptores.
Con estos cambios se espera que los
nuevos dispositivos de computación
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3. N U E V A S T E C N O L O G Í A S
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sean mucho más rápidos, versátiles y
óptimos.
Para hacer viable la nanoelectrónica en
términos industriales enfocado a la com-
putación, se está investigando sobre las
formas de ensamblaje químico, es de-
cir, circuitos que se formen por sí solos
y tengan la propiedad de ser autoconfi-
gurables y reversibles (dinámicos). Esta
tarea titánica debe recurrir a otras dis-
ciplinas relacionadas con la nanotec-
nología, como ciencia de los nanoma-
teriales, la química cuántica, química
supramolecular, física de materiales y
del estado sólido, física cuántica, quí-
mica c o m p u t a c i o n a l y moletrónica
entre otras.
La investigación más prometedora, está
dirigida a la moletrónica, en la cual exis-
ten moléculas, que conforman verdade-
ros motores moleculares, interruptores
nanoescalares y sistemas de almacena-
miento molecular estático y dinámico.
Para poder construir estos sistemas, se
están empleando estructuras químicas
moleculares de configuración variable,
como son los catenanos, y los rotaxa-
nos. Estas moléculas están formadas por
anillos o macrociclos entrelazados atra-
vesados por un nanohilo recto de molé-
culas que pueden ensamblarse entre sí,
creando verdaderos cables moleculares.
El rotaxano posee la propiedad de me-
moria de forma, en el que según el am-
biente donde se encuentre, adopta una
configuración particular, haciendo que
este proceso sea reversible si el medio
cambia. Por esto, estas moléculas son
ideales para actuar como interruptores
moleculares. (Ver figura 1)
El diseño de estas moléculas añade un
grado de libertad rotacional no asequi-
ble a otros sistemas, permitiendo el de-
sarrollo de nanodispositivos (interrupto-
res) como los nuevos sistemas de alma-
cenaje de información, las computado-
ras moleculares, permitiendo el paso de
electrones prácticamente en forma or-
denada y selectiva a través de la molé-
cula. La aplicación de estas moléculas
en el diseño de los nuevos computado-
res, aumentará su velocidad de proce-
samiento (10^* veces más rápidas que
las actuales), a demás de ser extrema-
damente pequeñas, se espera que sean
muy baratas.^
Otros dispositivos que se están proban-
do son los basados en nanotubos de
carbono, que son cilindros de carbono
puro que poseen interesantes propieda-
des dieléctricas, eléctricas y semiconduc-
toras a nanoescala. Abriendo el cami-
no a la fabricación de circuitos molecu-
lares y redes de nanotubos.
Particularmente se están empleando
nanotubos de carbono de pared única,
cuya propiedad es no presentar defec-
tos geométricos en su estructura mole-
cular. Este permite crear uniones entre
ellos carbono-carbono de forma hexa-
gonal, aumentando su resistencia me-
cánica y propiedades eléctricas de for-
m a ideal. Entonces, la aplicación de
radiación y calor en este nanohilo, pro-
duce los defectos necesarios para que
estos enlaces se formen sin dañar sus
propiedades eléctricas. La aplicación de
este tipo de nanotubos está dirigida a
crear los conectores necesarios para la
operatividad de los dispositivos nano-
electrónicos.
La nanoelectrónica será sin duda algu-
na el relevo de la microelectrónica. Esta
ciencia se ha diversificado rápidamen-
te, dando origen a otras disciplinas afi-
nes como son:
Moletrónica o electrónica
molecular.
Electrónica de espín
(espintrónica).
Materiales granulares en forma
de lámina delgada.
Nanoestructuras magnéticas.
Matrices nanométricas.
Moletrónica: Estudia la creación y ma-
nipulación de moléculas replicantes y
autoreplicantes con características espe-
cializadas para aplicaciones electrónicas
a nanoescala. Esta nueva tecnología
sustituirá a los transistores, diodos y
conductores de circuitería de la micro-
electrónica actual, en el que las molé-
culas empleadas tienen la capacidad de
comportarse como un semiconductor y
sostener cargas, incluso poseer la pro-
piedad de funcionar como memoria.
Además se espera que estos nuevos dis-
positivos trabajen con una mayor tasa
de velocidad de procesamiento, bajo
consumo de energía y una alta capaci-
dad de almacenamiento - el surgimien-
to de los chips moleculares.
Espintrónica: La explotación del es-
pín de u n electrón para llevar informa-
ción, en vez de su carga, se llama es-
pintrónica. Uno de sus objetivos es me-
jorar la calidad de almacenamiento, mo-
dificando la clásica memoria R A M (la
cual como es sabido, residen los pro-
gramas que se están ejecutando en el
computador cuando éste se haya encen-
dido), por una memoria R A M magnéti-
ca M-RAM.
La espintrónica proporciona las propie-
dades básicas requeridas por tecnologías
avanzadas, como la integración en chips
de funciones de procesamiento electró-
nico, almacenamiento magnético y com-
putación cuántica, que dependen de rit-
mos coherentes de espín para transmitir
y almacenar información. Trabaja en la
fabricación de uniones túnel magnéti-
co, despolarización en interfases mole-
culares y heteroestructuras. Transporte
electrónico de biosistemas, plantillas de
copolimero de Di-bloque, dispositivos
moleculares y química sintética. Tran-
sistores orgánicos, cristales fotónicos,
materiales magnéticos moleculares y sis-
temas mesoscópicos magnéticos. Inge-
niería de proteínas y bioingeniería con
aplicaciones biomédicas.
Materiales granulares en forma de
lámina delgada: Los materiales granu-
lares juegan un importante rol en m u -
chos procesos productivos industriales,
como la minería, la geología, la agricul-
tura, la ingeniería y la industria farma-
céutica, donde cerca de la mitad de los
productos de esta última y al menos los
tres cuartos de los materiales en bruto
se manejan en forma granular.
La expresión material granular agrupa
todos los materiales compuestos exclu-
sivamente por granos o partículas inde-
pendientes, que pese a su aparente sim-
plicidad, su comportamiento permite
8 4 MUNDO E L E C T R I C O N^ 58

4. Lviüw. mimdoelectrico. com
N U E V A S T E C N O L O G I A S
considerar estos materiales como u n nuevo estado de la
materia, en el que se comportan como u n sólido, un líquido
o un gas, donde la clave está en que los granos no son áto-
mos y la interacción entre ellos es muy distinta a la interac-
ción entre moléculas normales. Además de otras propieda-
des, como la dilatancia (capacidad de expandirse como u n
todo), la segregación (o separación de las partículas por ta-
maño), la particular distribución de una fuerza aplicada, la
formación de dunas o la posibilidad de sufrir avalanchas.
Nanoestructuras m a g n é t i c a s : El estudio está centrado en
aplicaciones orientadas al almacenamiento de datos a nivel
magnético, memorias de acceso al azar y sensores magnéti-
cos: Anisotropías magnéticas y actividad magneto-óptica en
aleaciones binarias ordenadas químicamente, magnetismo y
magneto-óptica en nanoestructuras de Fe (001) altamente
distorsionadas (Efecto de la distorsión de red en la estructura
electrónica). Nanoislas de Fe (110) con influencia del desor-
den a nivel atómico en la transmisión de interacciones mag-
néticas y su consecuencia en el magneto-transporte.
Interacciones magnéticas en sistemas de microbaldosas epi-
taxiales, epitaxia sobre GaAs de sistemas híbridos magnéti-
cos metal/aislante y magneto-resistencia túnel en uniones túnel
epitaxiales. Ensambladores magnéticos túnel, dispositivos
espintrónicos, películas finas, nanopartículas, alambres, ani-
llos y puntos cuánticos, nanoestructuras semiconductoras y
nanoestructuras de carbono.
Matrices n a n o m é t r i c a s : Consiste en el estudio de las co-
rrelaciones entre las microestructuras y propiedades magnéti-
cas de materiales que requieren el uso de simulaciones m i -
cromagnéticas; estabilidades térmicas y grabación magnéti-
ca. Estas simulaciones permiten predecir cualitativamente el
comportamiento óptimo de u n material magnético para su
posible uso en diversas aplicaciones tales como sensores o
MEMS. Se analizan propiedades como la cohersividad y re-
manencia de materiales nanoestructurados de alta anisotro-
pía tales como SmCo o FePt, modos de inversión e interac-
ciones magnéticas, y estabilidad frente a las fluctuaciones
térmicas. La simulación también consiste en el
desarrollo de nuevos métodos de cálculo y nue-
vos modelos más realistas. En este aspecto se
trabaja en el desarrollo de métodos numéricos
capaces de predecir la estabilidad térmica de
un medio a largo tiempo de la manera más
realista posible.
Otros campos de estudio son el diseño de nue-
vos materiales magnetorresistentes desde el
punto de vista de la química de sólidos inorgá-
nicos empleando óxidos con estructura de pe-
alta presión hidrostátíca. Modelado electrodinámico de pro-
piedades ópticas de nanopartículas para crear nuevos senso-
res químicos y biológicos, que poseen alta sensibilidad y se-
lectividad mejores que los sensores convencionales.
Aspectos atómicos del crecimiento de sistemas magnéticos
de baja dimensionalidad para almacenamiento magnético
de alta densidad mediante experimentos de difracción de
átomos de helio (HAS), de electrones (LEED) y rayos X (XRD),
espectroscopia Kerr y simulaciones numéricas para investigar
los procesos de crecimiento epitaxial de materiales magnéti-
cos como Fe y Co sobre substratos monocristalinos de Cu.
Espectroscopia Raman en ferrofluídos'' surfactados como ió-
nicos en formaciones estiructurales dentro de campos mag-
néticos bajos de hasta 0.25Teslas en función de la concen-
tración y la temperatura.
Se estudian también los fenómenos relacionados a la locali-
zación elect-ónica y distorsiones estructurales en transiciones
metal/aislante de óxidos simples. Magnetorresistencia inver-
sa en superredes metálicas Fe/Cu. Fuerza de anclaje, movili-
dad y efectos de memoria en superconductores de alta tem-
peratura crítica mediante el análisis de la red de sus vórtices,
sus defectos topológicos o dislocaciones. E n este caso se
estudian el comportamiento físico de materiales tan diver-
sos como superconductores de alta temperatura, super-
fluidos, materiales magnéticos, metales, cristales líquidos,
membranas, etc.
Con todas las ciencias enunciadas anteriormente, trabajan-
do al tiempo, se espera que dentro de cinco o diez años, sea
el almacenamiento de datos. Los controladores de discos
han incorporado capas de sust-ato nanométricos, con el fin
de aumentar su densidad y así duplicar o cuadruplicar el
almacenamiento. I B M en Zurich, trabaja en la miniaturiza-
ción del registro de datos (Disco Duro). El sistema de almace-
namiento conocido como «Millipede» está basado en un con-
junto de 1.024 agujas de A F M (Microscopio de Fuerzas Atómi-
cas) en una mat-iz cuadrada (ver figura 2) que pueden escribir
bits de información de no más de 50nm de diámetro.
rovskita tales como SrgCoWOg,
Sr^ReCrOg, Sr,ReMnO^,
Sr^CoMoOg,
CagReMnOg
CagReMCrOg, sintetizadas en diversas condicio-
nes tales como atmósfera de aire, de o bajo
Figura 2. Prototipo de chip de matriz cuadrada para computación de alta velocidad, compues-
to por 1024 agujas similares a las utilizadas en el microscopio de fuerzas atómicas, capas de
grabar gran cantidad de información en un espacio supremamente reducido. Crédito imagen
IBM research
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5. N U E V A S T E C N O L O G I A S
LüWLü. mundoelectñco. com
El objetivo de ¡a nanoelectrónica, es
manipular los procesos de construcción
natural (emulando las /eyes que en la
naturaleza rigen estos procesos), para obtener
a escala industrial sistemas electrónicos de alta
complejidad en un espacio reducido,
buscando que los nanodispositivos sinteticen
moléculas minimizando factores físicos tales
como el ruido térmico o blanco, disipación
térmica, gases tóxicos y la intervención de la
mano del hombre, además de reducir y por
qué no anular por completo los contaminantes
en el proceso.
El mismo conjunto es capaz luego de leer la información e
incluso reescribirla. Estableciendo un paralelo de este siste-
ma con el actual basado en la memoria magnética puede
guardar alrededor de 2Gbits/cm2, e incluso puede alcanzar
los 12Gbits/cm2. El «Millipede» puede almacenar entre
35Gbits/cm^ y 80Gbits/cm^ si se utiliza una aguja única.
Si llegase a utilizar millones de agujas, podría lograrse u n
almacenamiento del orden de los Terabytes, algo así como
de 40 a 50 veces lo que está disponible hoy comercialmente,
aparte de la alta velocidad que tendría, que sería el doble de
un disco actual (más de IS.OOOrev). Otra ventaja a parte del
tamaño, es su reducido consumo energético y su alta capaci-
dad de memoria. Por ello, el proyecto milpiés consistente en
construir millones de pequeñas puntas de manera que unas
leen datos y otras procesan, seleccionan y toman decisiones.
Un dato a tener en cuenta es que el proyecto Millipede de
IBM ha sido modificado, aumentando su número de agujas
de lectura-escritura a cuatro veces. Esto hace que esta tecno-
logía sea mucho más viable de lo que se pensaba, y asequi-
ble dentro de pocos años. Tal vez la veamos en la
nueva generación de computadores personales.
En el campo de la nanoelectrónica, las nuevas molé-
culas con las cuales se está investigando, tienen la
capacidad de comportarse como semiconductores y
sostener cargas, incluso funcionar como memorias;
esto permitirá que la moletrónica sustituya lo que
hace actualmente el silicio, además de mejorar la
capacidad de muchos dispositivos electrónicos ac-
tuales (microchips de silicio), donde la disipación tér-
mica será historia - grave problema de los dispositi-
vos actuales- Por ejemplo, investigadores de la University of
Illinois en Urbana-Champaign han creado u n transistor^ ca-
talogado como el más rápido del mundo hasta ahora. Con
una frecuencia de 509GHz y un tamaño de 75nm.
Su construcción está basada en indio y otros compuestos
exóticos, inherentemente más rápidos que los convenciona-
les, capaces de manejar una densidad de corriente mucho
más alta. El transistor puede cargarse y descargarse más rá-
pidamente, mejorando su velocidad, lo cual permitirá crear
sistemas de comunicación inalámbrica de alta velocidad más
flexibles y seguros, permitiendo realizar conversiones analógi-
co-digitales más veloces, para su uso en sistemas de radar y
de combate electrónico. Se espera obtener u n transistor que
trabaje a una frecuencia de I T H z o más.
COMPUTACIÓN CUÁNTICA.
De la escala molecular se quiere pasar a la escala atómica,
para crear el primer computador cuántico. Las Universida-
des de Harvard y Cornell presentaron, de forma indepen-
diente, transistores electrónicos constituidos por dispositivos
formados por una sola molécula compuesta por átomos de
cobalto-terpiridinil y de una molécula de divanadio, con los
que se demostró la capacidad para controlar el flujo de elec-
trones a nivel atómico-molecular.
La computación cuántica difiere totalmente de cualquier sis-
tema de cómputo actual, empezando por la forma de codifi-
cación. Clásicamente existen dos estados O y 1, conocido
como código binario; cuánticamente existen tres estados lla-
mados Qubits, O, 1 y 10 o 0 1 , permitiendo el almacena-
miento masivo y simultáneo de datos en tres dimensiones.
Ahora, para realizar cálculos más o menos complejos, el
computador cuántico requiere mínimo 1.000 partículas.
Para mayores cálculos de alta complejidad, es necesario co-
ordinar unas 100.000 partículas. Algo interesante de los com-
putadores cuánticos, es su velocidad de procesamiento, cer-
cana a la de la luz, el tamaño microscópico que tendrá el
dispositivo como tal y las infinitas aplicaciones que se le po-
drá dar.
El flujo de electrones de un electrodo al otro se realiza por un
salto en el átomo de cobalto. La segunda imagen es una
ampliación del anterior, con el agregado de la molécula de
Figura 3. Uno de los prototipos de computador cuántico, es el que está
desarrollando la universidad de Cornell, para crear un transistor de un solo
átomo. En cada molécula hay un átomo de cobalto (azul oscuro), retenido
por una molécula de piridina (Pyridine, C¡H¡N) y además hay átomos de
azufre (rojo), usados parafijar la molécula a los electrodos de oro.
8 6 M U N D O E L E C T R I C O N^ 58

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piridina, a modo de explicación en el
dibujo, toda la molécula (las 6 molécu-
las de piridina más el átomo de cobal-
to) es una supramolécula. Créditos de
las imágenes Marcos Manuel Sánchez.
Para que el procesamiento de la infor-
mación se efectúe por medio de los ni-
veles energía de determinados átomos,
la computadora cuántica hace uso del
cómputo en paralelo mediante el em-
pleo de los qubits (Quantum Bit), j u -
gando con los coeficientes de la super-
posición cuántica de los estados cero
y uno, potenciando la capacidad de
cómputo hasta límites inimaginables.
Se especula teóricamente, que sería
posible preparar las partículas para
registrar los infinitos estados existen-
tes entre el cero y el uno.
Gracias a la
nanoelectrónica,
actualmente existen ya
dispositivos implementados
en la industria
microelectrónica y las
telecomunicaciones tales
como ¡os cristales líquidos
de matriz activa y pasiva en
pantallas de monitores y
relojes, xerografía, sensores
químicos, biosensores y
nanosensores, sistemas de
imágenes de alta definición
; nanocontactos en
dispositivos de
estado sólido.
Las ingentes posibilidades que ofrece un
ordenador de este tipo se potenciaría
aún más por u n extraño fenómeno
cuántico conocido como «entrelaza-
miento o entanglement», claro está cuan-
do se controle correctamente el fenóme-
no de la decoherencia cuántica, pues
gracias a esta, los estados internos de
superposición cuántica (las partículas
elementales existen en varios estados
superpuestos al mismo tiempo) son ex-
tremadamente útiles, y a la vez frágiles,
ya que al entrar en interacción con el
entorno puede destruirlos fácilmente. La
decoherencia se produce cuando los áto-
mos de un gas caen de un nivel energé-
tico superior (estado excitado) a un ni-
vel inferior. Este proceso se llama emi-
sión espontánea, porque al caer emiten
espontáneamente u n fotón de luz.
IBM en el Centro de Investigación de
Almadén California, se ha propuesto la
tarea de desarrollar el primer computa-
dor cuántico que consta de cinco qubits
conformados por cinco átomos de flúor
dentro de una molécula que efectúan
ciertas rotaciones de sus núcleos, de tal
manera que puedan interactuar las unas
con las otras como qubits, esto permite
que sean «programadas» mediante pul-
sos de radiofrecuencia y ser medidas o
detectadas por medio de resonancia
magnética nuclear R M N .
Investigadores del Laboratorio Nacional
de Los Alamos han conseguido obtener
la coherencia cuántica con una molé-
cula de siete qubits, abriendo la posibi-
lidad de poder desarrollar en un futuro
próximo sistemas de docenas de qubits,
capaces de resolver problemas compu-
tacionales no lineales escalares, impo-
sibles o no viables para los sistemas de
cómputo actual - los períodos de tiem-
po de problemas de alto grado de com-
plejidad sólo los pueden abordar los
supercomputadores, pero existen pro-
blemas tan complicados, que u n sis-
tema de esta categoría tardaría miles
de años en obtener una solución - o
eventualmente desarroüar u n algorit-
m o cuántico.
La computación cuántica debe superar
muchos obstáculos físicos para que se
consolide, empezando por coordinar
más de 100.000 partículas para obte-
ner ordenadores moleculares de capaci-
dad comercial. De superarlos, los nue-
vos sistemas de cómputo cuánticos po-
drían romper fácilmente cualquier siste-
ma de seguridad informático y de cóm-
puto en cualquier parte del mundo, lo
que es un grave problema para la segu-
ridad de cualquier país.
A la par que serán prácticamente invul-
nerables a ser intervenidos. Viendo lo
positivo de este asunto, se puede garan-
tizar que la información que viaje por
medios cuánticos será más segura e in-
violable, ya que no existe forma de in-
terceptar mensajes, romper códigos y
reenviados sin que el destinatario des-
cubra que la información ha sido obser-
vada o bajada. De hecho, ya existen
empresas que comercializan dispositivos
criptográficos basados en las leyes de la
mecánica cuántica.
CONCLUSIÓN
Si bien las bases de la nanoelectrónica
no están del todo consolidadas, es evi-
dente que el potencial que ofrece a ni-
vel tecnológico es muy alto y no puede
ser ignorado. Esta ciencia va a revolu-
cionar la industria de la electrónica lle-
vándola a niveles técnicos y tecnológi-
cos sin precedentes. Los chips molecu-
lares, dotados de miles de millones de
transistores podrán ser producidos en
serie a u n costo ínfimo, con prestacio-
nes jamás imaginadas, tales como ma-
nejar una velocidad de procesamiento
miles de veces mayor que un supercom-
putador actual, tendrán una mayor ca-
pacidad de memoria con u n consumo
muy bajo de energía, en el que opera-
rán en paralelo emulando una red neu-
ronal humana, donde los datos se al-
macenarán en tres dimensiones, ya sea
en forma atómica, o fotónica. 0
* EL AUTOR
Jairo E. Márquez D. Ingeniero Electró-
nico, Físico - Matemático, con especiali-
zación en docencia universitaria, bioé-
tica, telecomunicaciones y redes. Maes-
tría en bioética (Sistemas Emergentes y
Nanotecnología). Docente investigador
en el área de telecomunicaciones en ¡a
Uniuersidad de Cundinamarca UDEC
(Fusagasugá), Facultad de Ingeniería
Electrónica y de Sistemas. Trabaja en el
diseño y desarroUo de antenas fractales
e híbridas. Actualmente trabaja para la
publicación de su libro sobre Nanotec-
nología.
E-Mail: vectorgamma@iespana.es^.^^^^^
M U N D O E L E C T R I C O N^ 58 8 7

7. I N U E V A S T E C N O L O G Í A S
www.mundoelectrico.com
1 R. L. Carroll, C. Gormar:. Angew. Chem. Int: Ed. 2002. 41. 4378. T. Tsütsui. K. Füjita, Adv. Mater "
2 500 veces más delgadas que un cabello humano. El radio del átomo es sólo unas 1,000 veces menor. El espesor entre capas es del orden de
cuatro a cinco átomos en algunos casos.
3 Se están utilizando láseres pulsantes para crear nanopuntos de níquel de 6 y lOnm de diámetro, que los hace ideales para ser empleados en
la fabricación de materiales extremadamente duros y memorias de ordenador ultra-densas, erí él que se espera almacenar un bit individual
de información en un chip de una pulgada de ancho, y que podría llegar a almacenarse hasta 10 Térahits de datos, más de treinta mil
rnillones,de operaciones por segundo.
Estos nanopuntos van a ser la próxima generación de diodos emisores de luz (LEDs), que serán más eficientes que los actuales, y se espera
que duren décadas, gastando una fracción de energía consumida por una bombilla fluorescente.
Con esta tecnología, se permite el desarrollo de materiales nanoestructurados para almacenamiento de información, transistores de varios
tipos, biomateriales y recubrimientos superfuertes. entre otros,
4 El arseniuro de galio es superior al silicio en muchos aspectos como: velocidad con la cual los electrones se desplazan en el medio, mejor
respuesta en las operaciones con señales débiles (bajo nivel de ruido), rnayor capacidad de detección de la luz y la facilidad con ¡a que
pueden modificarse las separaciones entre sus bandas electrónicas, ¿Por qué no se ha implementado aún? Porque los costos de
construcción e implementación de equipos a escala industrial los hace excesivamente elevados. -•-
5 Es importante resaltar, que actualmente se está desarrollando un proyecto para la construcción de la primera.computadora molecular El
proyecto se conoce con las siglas en ingles CAEN (Chemically Assembled Electronic Nanocomputers), nanocomputadoras electrónicas
químicamente ensambladas.
6 Los ferrofluídos son suspensiones coloidales de partículas magnéticas de unos pocos nanómetros de diámetro con crecientes y múltiples
aplicaciones en la técnica y medicina, debido a sus peculiares propiedades físicas como su comportamiento -superparamagnético. La
espectroscopia de Raman permite observar los estados de vibración molecular, y sirve como una huella digital para la identificación de
moléculas específicas.
7 El transistor es el elemento central de ¡os microprocesadores que aloja centenares de miles de ellos. Funcionan como llaves electrónicas de
tres contactos en el que uno de ellos regula la conducción de corriente entre los otros dos. Para otras aplicaciones los transistores existen
- como corriponentes individuales con tres patas que están soldadas a la plaqueta.
Debido a la constante miniaturización de los dispositivos electrónicos, tía posibilitado ¡a integración de una mayor cantidad de éstos en un
espacio intermedio entre lo micrométrico y lo nanometrico. Por lo tanto, al colocar millones de unidades dentro de un solo chip se logra
obtener niveles de integración que se manejan actualmente en los microprocesadores. De ahí que derive el nombre de circuito integrado.
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