Los dispositivos electrónicos, y los componentes dentro de ellos, son cada vez más pequeños año tras año. Esto se debe a la demanda de los consumidores de dispositivos más pequeños que tengan las mismas capacidades y el mismo rendimiento, si no mejor, que la tecnología «más voluminosa» preexistente. Aquí analizaremos con más detalle cómo la nanoelectrónica no sólo reduce el tamaño de los dispositivos electrónicos, sino que también brinda el mismo rendimiento o un mejor rendimiento.
¿Qué es la Nanoelectrónica?
El término nanoelectrónica hace referencia al uso de la nanotecnología en los componentes electrónicos. Estos componentes suelen tener un tamaño de unos pocos nanómetros. Sin embargo, cuanto más pequeños son los componentes electrónicos, más difíciles son de fabricar.
La nanoelectrónica abarca un conjunto diverso de dispositivos y materiales, con la característica común de que son tan pequeños que los efectos físicos alteran las propiedades de los materiales a escala nanométrica – las interacciones interatómicas y las propiedades mecánicas cuánticas desempeñan un papel importante en el funcionamiento de estos dispositivos. En la nanoescala, los nuevos fenómenos prevalecen sobre los del macro-mundo. Efectos cuánticos como el efecto túnel y el desorden atómico dominan las características de estos dispositivos a nanoescala.
Los primeros transistores construidos en 1947 medían más de 1 centímetro; el transistor operativo más pequeño de hoy mide 7 nanómetros, más de 1.4 millones de veces menos (1 cm equivale a 10 millones de nanómetros). El resultado de estos esfuerzos son procesadores de mil millones de transistores en los que, una vez que la industria adopte las técnicas de fabricación de 7nm, se integrarán 20.000 millones de circuitos basados en transistores en un solo chip.
Dispositivos Nanoelectrónicos
Espintrónica
Además de los transistores, los dispositivos nanoelectrónicos desempeñan un papel importante en el almacenamiento de datos (memoria). En este campo, la espintrónica -estudio y explotación en dispositivos de estado sólido del espín de los electrones y su momento magnético asociado, junto con la carga eléctrica- es ya una tecnología consolidada.
La espintrónica también desempeña un papel en las nuevas tecnologías que aprovechan el comportamiento cuántico para la informática.
Optoelectrónica
Los dispositivos electrónicos que generan, detectan y controlan la luz, es decir, los optoelectrónicos, tienen muchas formas. Las comunicaciones ópticas de alta eficiencia energética (menos generación de calor y consumo de energía) son cada vez más importantes porque tienen el potencial de resolver uno de los mayores problemas de nuestra era de la información: el consumo de energía.
En el campo de la nanotecnología, materiales como las nanofibras y los nanotubos de carbono, y especialmente el grafeno ha mostrado un potencial apasionante para los dispositivos optoelectrónicos.
Pantallas
Las tecnologías de visualización pueden agruparse en tres grandes áreas tecnológicas: OLED, papel electrónico y otros dispositivos destinados a mostrar imágenes fijas, y pantallas de emisión de campo (FED).
Electrónica Portátil y Flexible
La era de la electrónica portátil ha llegado, como demuestra el rápido crecimiento de los relojes inteligentes, las pulseras fitness y otros dispositivos avanzados de control de la salud de última generación, como los tatuajes electrónicos adhesivos.
Si la investigación actual sirve de indicador, la electrónica para llevar puesta irá mucho más allá de los dispositivos electrónicos muy pequeños o los ordenadores flexibles para llevar puestos. Estos dispositivos no sólo se integrarán en sustratos textiles, sino que un dispositivo o sistema electrónico podría acabar convirtiéndose en el propio tejido.
Los tejidos electrónicos (e-textiles) permitirán diseñar y producir una nueva generación de prendas con sensores distribuidos y funciones electrónicas. Estos e-textiles tendrán la revolucionaria capacidad de sentir, actuar, almacenar, emitir y moverse -pensemos en funciones de control biomédico o nuevas interfaces hombre-máquina-, aprovechando idealmente una infraestructura de fabricación textil de bajo coste ya existente.
Nanoelectrónica en la Energía
Los paneles solares y los supercondensadores son ejemplos de áreas en las que la nanoelectrónica está desempeñando un papel fundamental en la generación y el almacenamiento de energía.
Electrónica Molecular
A diferencia de la nanoelectrónica, en la que los dispositivos se reducen a niveles nanométricos, la electrónica molecular se ocupa de los procesos electrónicos que tienen lugar en estructuras moleculares como las que se encuentran en la naturaleza, desde la fotosíntesis hasta la transducción de señales.
La electrónica molecular aspira a la comprensión fundamental del transporte de cargas a través de moléculas y está motivada por la visión de los circuitos moleculares para hacer posibles ordenadores minúsculos, potentes y eficientes energéticamente.
Conclusión
El campo de la nanoelectrónica ha ido creciendo lentamente en los últimos años y es la respuesta a la creciente demanda de aparatos electrónicos más pequeños, pero que mantengan un alto rendimiento. Los componentes basados en nanomateriales pueden hacerse mucho más pequeños que los fabricados con materiales tradicionales más voluminosos, lo que ayuda a reducir el tamaño total del dispositivo electrónico.
Además, muchos nanomateriales son estables en la mayoría de los entornos, ya sea en un sensor dentro de un duro entorno de procesamiento químico, o en un dispositivo electrónico que emite mucho calor residual a los componentes internos.
Si bien hay muchas áreas de la nanoelectrónica, algunos de los sistemas más ampliamente estudiados incluyen sistemas de almacenamiento y generación de energía inspirados en nanomateriales, varios tipos de transistores moleculares y de tamaño nanométrico, dispositivos optoelectrónicos y circuitos flexibles/imprimibles, en los que los nanomateriales suelen formularse en una tinta e imprimirse.
Es muy probable que las aplicaciones futuras incluyan diversas tecnologías cuánticas si pueden realizarse a nivel comercial, y es probable que asistamos a un aumento de la producción de componentes más pequeños para los sistemas informáticos clásicos y las tecnologías cotidianas.