La revolución de los materiales 2D ya está aquí: construyen el primer ordenador funcional sin silicio

Durante décadas, el silicio ha sido el pilar de la revolución digital. Ahora, un equipo de investigadores ha roto ese paradigma al crear el primer ordenador basado en materiales bidimensionales, tan finos como un solo átomo. ¿Estamos ante el nacimiento de una nueva era tecnológica?

El silicio ha sido el rey indiscutible de la tecnología de semiconductores durante décadas, impulsando el desarrollo de dispositivos que van desde nuestros teléfonos inteligentes hasta los vehículos eléctricos. Sin embargo, su reinado podría estar llegando a un punto de inflexión. A medida que la miniaturización de los componentes electrónicos se acerca a los límites físicos del átomo, el silicio comienza a perder sus propiedades eléctricas, planteando un desafío fundamental para el futuro de la computación.

Crean el primer ordenador que integra neuronas humanas en una estructura de silicio

En este contexto, un avance monumental publicado en la revista Nature anuncia una nueva era: investigadores de la Universidad de Penn State han construido el primer ordenador funcional del mundo fabricado íntegramente con materiales bidimensionales (2D), abriendo la puerta a una electrónica más delgada, rápida y eficiente.

Este logro representa la superación de uno de los mayores obstáculos en la electrónica post-silicio. El equipo de Penn State, liderado por el profesor Saptarshi Das, ha creado un ordenador basado en la tecnología CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico), que es el corazón de casi todos los dispositivos electrónicos modernos. La tecnología CMOS requiere la combinación de dos tipos de transistores para funcionar de manera eficiente y con bajo consumo de energía: los de tipo n (que transportan electrones) y los de tipo p (que transportan "huecos" de electrones). Mientras que intentos anteriores habían logrado crear circuitos simples con materiales 2D, la integración a gran escala en un ordenador funcional había sido esquiva.

Un ordenador atómicamente delgado

El avance clave de esta investigación radica en la combinación exitosa de dos materiales 2D distintos para crear los transistores necesarios. Utilizaron disulfuro de molibdeno (MoS₂) para fabricar los transistores de tipo n y diseleniuro de tungsteno (WSe₂) para los de tipo p. A diferencia del silicio, estos materiales mantienen sus excepcionales propiedades electrónicas incluso cuando se reducen a un grosor de un solo átomo, ofreciendo una solución prometedora a los problemas de la miniaturización.

Para construir el ordenador, el equipo empleó un proceso de fabricación industrial conocido como deposición de vapor químico metalorgánico (MOCVD, por sus siglas en inglés). Este método les permitió "cultivar" grandes láminas de disulfuro de molibdeno y diseleniuro de tungsteno sobre un sustrato, fabricando más de 1.000 transistores de cada tipo. Ajustando cuidadosamente los voltajes, lograron construir circuitos lógicos CMOS completamente funcionales. El resultado es un ordenador de un solo conjunto de instrucciones (conocido como OISC, por sus siglas en inglés) que, aunque básico, es capaz de ejecutar operaciones lógicas.

Un hito con miras al futuro

Es importante poner en perspectiva el rendimiento de este prototipo. El ordenador 2D opera a frecuencias de hasta 25 kilohercios, una cifra modesta en comparación con los gigahercios de los procesadores de silicio actuales. Sin embargo, su principal ventaja reside en su funcionamiento a bajo voltaje y su consumo mínimo de energía, dos características cruciales para la próxima generación de dispositivos electrónicos, señalan sus creadores.

Saptarshi Das destaca la rapidez con la que avanza este campo: "la tecnología del silicio lleva desarrollándose unos 80 años, pero la investigación sobre materiales 2D es relativamente reciente, surgió realmente en torno a 2010". Aunque se necesita más trabajo para optimizar y escalar esta tecnología, este ordenador representa un salto cualitativo gigantesco. El equipo también ha desarrollado un modelo computacional para proyectar el rendimiento futuro de su tecnología y compararla con la del silicio, confirmando su enorme potencial.

Este hito no solo demuestra la viabilidad de la computación basada en materiales 2D, sino que marca un punto de partida para una revolución en la electrónica. A medida que la tecnología madure, podríamos ver el nacimiento de dispositivos radicalmente nuevos: ordenadores flexibles que se pliegan, electrónica transparente integrada en ventanas o ropa, y sensores ultraeficientes con un consumo de energía casi nulo.

El dominio del silicio aún no ha terminado, pero este ordenador atómicamente delgado ha demostrado que hay un nuevo y poderoso contendiente en el horizonte.