Un equipo de expertos del MIT (EE. UU.) ha presentado el chip de nanotubos de carbono (cilindros de carbono con paredes de un solo átomo de grosor) más avanzado del mundo. El nuevo microprocesador, capaz de ejecutar un programa de software convencional, podría ser un gran hito en la búsqueda de alternativas al silicio.

La industria electrónica está luchando con el estancamiento de la ley de Moore, que sostiene que el número de transistores que se pueden instalar en un procesador de silicio se duplica aproximadamente cada dos años. Esta tendencia se enfrenta a sus límites físicos: a medida que el tamaño de los dispositivos se reduce a unos pocos átomos, la corriente eléctrica empieza a filtrarse desde los canales metálicos que la transportan a través de los transistores. El calor liberado acaba con la eficiencia energética de los semiconductores e incluso podría provocar fallos.

Los nanotubos de carbono podrían ser la solución perfecta. Los transistores de nanotubos no solo son más rápidos que los de silicio, sino que los estudios han encontrado que los chips de nanotubos podrían ser hasta 10 veces más eficientes a nivel energético. Este aumento de eficiencia podría extender significativamente la duración de la batería de los dispositivos electrónicos.

Los investigadores llevan décadas trabajando en modelos de chips alternativos, pero sus problemas de fabricación los han mantenido confinados en los laboratorios de investigación. En un nuevo artículo publicado en Nature, el equipo del MIT afirma haber encontrado formas de superar algunos de los mayores obstáculos para producirlos a escala.

Mezcla

Uno de los problemas reside en que cuando se crean nanotubos de carbono, aparecen dos tipos mezclados: el primer tipo es de semiconductores perfectos para crear circuitos integrados, mientras que el segundo conduce la corriente eléctrica como un cable, que absorbe más energía e incluso puede socavar el funcionamiento del circuito. Para que los chips sean económicamente viables, se necesita una forma rentable de minimizar el impacto del segundo grupo.

Otro problema es que, para fabricar los chips, hay que depositar una capa uniforme de nanotubos de carbono sobre una oblea. Pero esto resulta difícil porque los nanotubos tienden a agruparse. Si se coloca un conjunto de ellos sobre un transistor podría hacer que deje de funcionar.

Estos y otros desafíos intrigaron al profesor del MIT Max Shulaker, quien había trabajado en otros proyectos destacables del campo y recibió fondos de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa de Estados Unidos para desarrollar la tecnología de nanotubos. El grupo de investigadores que lidera ha desarrollado un microprocesador funcional de 16 bits construido a partir de más de 14.000 transistores de nanotubos de carbono. Shulaker afirma que es el más complejo jamás demostrado.

Las técnicas que han ideado para fabricarlo podrían implementarse en equipos utilizados para fabricar chips de silicio convencionales, lo que significa que los fabricantes de chips no tendrán que invertir en equipos nuevos y caros si quieren fabricar procesadores de nanotubos.

Cuando analizaron el problema de la mezcla, descubrieron que algunos tipos de puertas lógicas (partes fundamentales de los circuitos digitales) eran más resistentes a los problemas provocados por los nanotubos metálicos que otros. Eso los llevó a desarrollar un nuevo diseño de circuito que prioriza estas puertas, al tiempo que minimiza el uso de otras metálicas más sensibles.

Para el problema de la agrupación, recubrieron una oblea con un polímero y luego la lavaron cuidadosamente por etapas. Esto eliminó los grupos de nanotubos, dejando la capa necesaria para que el chip funcione de manera más eficiente.

Los retos por delante

El chip que los investigadores del MIT han creado es capaz de ejecutar un programa simple que produce el mensaje: "Hola, Mundo". Pero si su idea es que llegue a sustituir a los procesadores de silicio, los nanotubos de carbono necesitarán miles de millones de transistores para poder ejecutar el software avanzado.

IBM, que hace unos años dijo que esperaba que los chips de nanotubos de carbono reemplazaran a los de silicio para 2020,  también está trabajando en proyectos relacionados con esta tecnología. Pero hasta ahora la empresa no ha logrado encontrar una manera de traducir sus avances de laboratorio en fabricación práctica. Los nuevos desarrollos del equipo del MIT abren un camino más claro hacia ese objetivo. "Ya hace falta dar un salto de fe", concluye Shulaker.