Una nueva técnica de "cascada de moléculas" facilita la creación de elementos 260.000 veces más pequeños que los utilizados hoy día en los semiconductores.

Madrid, 24 de octubre de 2002.
Investigadores de IBM han desarrollado los circuitos de ordenador más pequeños del mundo utilizando un sistema innovador mediante el cual las moléculas individuales se mueven sobre una superficie atómica como si fueran fichas de dominó que van cayendo sucesivamente. Esta nueva técnica, denominada "cascada de moléculas", ha permitido a los investigadores construir elementos de lógica numérica 260.000 veces más pequeños que los utilizados hoy día en los más avanzados semiconductores.

Los circuitos han sido desarrollados mediante la utilización de moléculas de monóxido de carbono en una superficie de cobre. Con el movimiento de una molécula se inicia un movimiento en cascada del resto de moléculas, tal como ocurre en las "serpientes" de dominó en donde la caída de una ficha produce la caída en cadena del resto de ellas.

A partir de ese momento, los investigadores diseñaron y crearon estructuras muy pequeñas que han realizado las funciones fundamentales de la lógica booleana "OR" y "AND", el almacenamiento de datos y su recuperación, y las conexiones necesarias para que funcionen como un sistema de circuitos.

El circuito más complejo que ha sido construido (un distribuidor de 3-input de 12 x 17 nanometros) es tan pequeño que 190.000 millones de ellos podrían tener cabida en la parte superior de una goma de borrar de un lápiz de 7 mm de diámetro. Un nanometro es 1 mil millonésima parte de un metro, es decir,
lo que miden de 5 a 10 átomos puestos en línea.

"Este desarrollo supone un hito en la construcción de circuitos eléctricos a escala nanométrica", dice Andreas Heinrich, físico del laboratorio de investigación de IBM en Almadén y uno de los autores del artículo editado en Science Magazine. "La cascada de moléculas no es sólo una nueva manera de realizar operaciones computacionales, sino la primera vez en la que
todos los componentes necesarios de la computación a escala nanométrica han sido contruidos, conectados y funcionan".

Características técnicas

La cascada molecular de IBM funciona debido a que las moléculas de monóxido de carbono pueden ser alineadas en una superficie de cobre en un configuración energéticamente metastable, en la cual puede provocarse una caída en cascada hasta lograr una configuración con menor energía. La
metastabilidad es debida a la frágil repulsión entre las moléculas de monóxido de carbono situadas sólo en una cuadrícula de espacio.

Los investigadores observaron que una tríada de moléculas de monóxido de carbono dispuestas sobre una superficie de cobre pueden reorganizarse espontáneamente por el movimiento exterior de la molécula central.

Lo que permite la computación es que cada cascada de moléculas lleve incorporado un bit de información. Por analogía, la caída de una ficha sería interpretada como un lógico "1" y las que permanecieran en pie como un lógico "0". De igual forma, la distribución en cascada o no pueden representar un "1" o "0", respectivamente.

Las operaciones lógicas "OR" y "AND" y otras características de los circuitos complejos se crean mediante intersecciones inteligentes de dos cascadas. Los investigadores han desarrollado configuraciones de moléculas que actúan como pasadizos (permitiendo a dos cascadas cruzar una sobre la
otra) y como divisores (desdoblamiento de una cascada en dos o más trayectorias).

Puesto que no hay mecanismo de reinicio, las cascadas de moléculas pueden realizar un cálculo una sóla vez. No obstante, dado que la cascada inicial depende del movimiento de una sóla molécula, los investigadores anticipan que debería ser posible realizar cascadas a escala nanométrica utilizando otras interacciones fundamentales, tales como giros de electrones. Estas cascadas permitirían el reinicio, facilitando los cálculos repetitivos, similares a los que se producen en los circuitos ordinarios.

Las cascadas de moléculas tienen otras características:

- Energía. Las cascadas de moléculas tiene un consumo de energía muy bajo, 100.000 veces menor que los semiconductores actuales.

- Temperatura. Las cascadas iniciales fueron creadas y operadas a una temperatura de 4 a 10 grados sobre 0. Los científicos han demostrado que las cascadas operan más rápidamente a temperaturas más elevadas.