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IBM desarrolla los circuitos más pequeños del mundo

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.