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El estado de la nanotecnología
Hace tres años, cuando el químico James Tour de la Universidad de Rice presentó su puesta en marcha de nanotecnología a los inversores, tuvo dificultades para lograr que alguien lo escuchara, a pesar de su historial como uno de los expertos en nanociencia más destacados del mundo. Hoy, Tour dice que esos mismos inversores son todo oídos. Después de trabajar en esta área durante 13 años y de que la gente dijera: 'Eso es un pastel en el cielo'. Nunca funcionará ', dice que es gratificante ver cierta validación por parte de la comunidad inversora.
Llamarlo algo de validación es ponerlo suavemente. La empresa Tour, cofundada en 1999, Molecular Electronics, fue una de las primeras en buscar comercializar avances científicos en nanoelectrónica. Pero solo en el último año, con avances más rápidos de lo que casi nadie había predicho, y con capitalistas de riesgo repentinamente interesados, se han formado decenas de empresas de nanotecnología, respaldadas por cientos de millones en inversiones.
Mientras que Molecular Electronics planea construir memoria de computadora usando moléculas individuales para almacenar bits de información, otros están apuntando a sensores biológicos ultrasensibles, pantallas planas o láseres nanoscópicos. Lo que estos esfuerzos tienen en común es la ambición de utilizar componentes de apenas nanómetros (mil millonésimas de metro) de tamaño para reemplazar la electrónica convencional. Las cosas se han vuelto locas en el último año, dice Paul Weiss, químico de la Universidad Estatal de Pensilvania. Estamos mucho más lejos de lo que pensábamos hace un año.
Es probable que la nanotecnología afecte a vastos sectores de la economía, desde la biotecnología y el cuidado de la salud hasta la energía. Pero si científicos como Tour y Weiss están en lo cierto, el mayor impacto vendrá de la nanoelectrónica. Para la fabricación de productos electrónicos, la promesa son productos más pequeños, más rápidos y más baratos de lo que los enfoques convencionales podrían lograr. Y los avances han llegado a una velocidad notable. En 1998, los investigadores lucharon por armar un solo componente nanoelectrónico: una molécula que actuaba como un interruptor rudimentario. Los equipos de investigación ahora están conectando docenas de estos componentes a nanoescala y están mirando hacia el siguiente paso: cómo ensamblar dispositivos completos, como chips de memoria.
Hoy en día, los microchips de silicio tienen características tan pequeñas como 130 nanómetros. Pero seguir reduciendo los chips de silicio se está volviendo caro y difícil. En algún momento, el silicio se agotará, dice John Rogers, director de investigación en nanotecnología de Bell Labs de Lucent Technologies y miembro del TR100 de 1999. Vas a necesitar algo más. Algo, dice Rogers, como transistores del tamaño de moléculas individuales. Aunque todavía está al menos a una década de la comercialización, los chips construidos con estos transistores moleculares son la mejor esperanza de la industria para construir computadoras más rápidas y baratas hasta bien entrado este siglo.
Con la electrónica de la que estamos hablando, vamos a hacer una computadora que no solo quepa en su reloj de pulsera, no solo en un botón de su camisa, sino en una de las fibras de su camisa, dice Philip Kuekes, arquitecto informático en Hewlett-Packard Laboratories. Kuekes y sus colegas están diseñando circuitos basados en arreglos perpendiculares de pequeños cables, conectados en cada intersección por transistores moleculares. A mediados de la década, dice Kuekes, Hewlett-Packard demostrará un circuito lógico tan poderoso como los circuitos basados en silicio alrededor de 1969. Estamos tratando de reinventar el circuito integrado, con su lógica, memoria e interconexiones, con un sistema consistente. proceso de fabricación molecular, dice Kuekes.
Sin embargo, mucho antes de que se inicie la primera computadora con hilos de camisa, las empresas comenzarán a integrar componentes nanoelectrónicos, incluidos cables diminutos y memoria de computadora ultradensa, en la electrónica de silicio convencional. Hewlett-Packard y Molecular Electronics, por ejemplo, planean tener dispositivos de memoria prototipo listos ya en 2004. Los dispositivos que almacenan un poco de datos en una sola molécula podrían proporcionar miles de veces más densidad de almacenamiento que la memoria electrónica que se usa actualmente en las computadoras. .
Los investigadores también están trabajando con nanoelectrónica para desarrollar nuevos sensores biológicos y químicos que no son posibles con la tecnología convencional. El químico Peidong Yang de la Universidad de California, Berkeley, es uno de los investigadores que desarrolla estos sensores a partir de nanocables de silicio. Yang explica que el contacto con una sola molécula cambia el estado electrónico de los cables. Los investigadores pueden medir ese cambio para identificar moléculas desconocidas con fines de diagnóstico o detección de patógenos.
Sin embargo, para comprender plenamente las posibilidades de la nanoelectrónica, los investigadores deben superar varios obstáculos importantes. Primero, deben construir componentes nanoelectrónicos robustos que funcionen de manera tan completa, confiable y eficiente como el silicio, una tarea que no es pequeña, dada la ventaja de 50 años del semiconductor. El otoño pasado, Bell Labs ’ Hendrik Schn hizo avances significativos hacia ese objetivo al fabricar un transistor molecular que coincide con sus primos de silicio en una característica clave: ganancia o amplificación de la corriente a medida que pasa a través del transistor. Sin esta amplificación, la señal eléctrica se desvanece rápidamente y varios dispositivos no pueden funcionar juntos como circuitos lógicos complejos. No solo podemos cambiar con este dispositivo, sino también amplificar la corriente; por lo tanto, estos transistores son adecuados para ser bloques de construcción de circuitos más grandes, dice Schn.
Pero estas pequeñas piezas de prueba son solo la mitad de la batalla, dice el premio Nobel Richard Smalley, profesor de física en Rice. Uno tiene que ser capaz de desarrollar formas de hacer que las [piezas] vayan por su propia voluntad a donde las desee. Miles de millones, incluso billones, de transistores moleculares podrían caber en un chip, demasiados para disponerlos uno por uno. Mark Ratner, profesor de química en la Universidad de Northwestern, agrega Mark Ratner: 'Quieres que esto se vuelva tan automático que cualquier idiota pueda hacerlo'.
Uno de los enfoques más prometedores se llama autoensamblaje y se remonta a la biología. La naturaleza ya hace un trabajo maravilloso al ensamblar moléculas y otros componentes a nanoescala en patrones complejos, dice Angela Belcher , químico de la Universidad de Texas en Austin. Belcher está cultivando múltiples generaciones de virus y bacterias, buscando desarrollar rasgos como mangos de proteínas que se unirían con nanotubos de carbono (moléculas similares a tuberías apreciadas por su fuerza y propiedades eléctricas) y las depositarían en patrones útiles para la nanoelectrónica. Aprender a cultivar nanoelectrónica de esta manera puede llevar un tiempo, dice Belcher. Pero un dispositivo nanoelectrónico funcional parece mucho más cercano de lo que se suponía hace un par de años.
Es esta nueva promesa la que ha provocado la avalancha de nuevas empresas en el campo. Muchos inversores y capitalistas de riesgo están buscando las próximas grandes olas, dice Steven Jurvetson, un capitalista de riesgo de Draper Fisher Jurvetson, con sede en San Francisco, y miembro del TR100 de 1999. La nanotecnología es una de las grandes oportunidades tecnológicas con una amplia aplicabilidad. Jurvetson cuenta en la cartera de su empresa tres preocupaciones nanoelectrónicas. Y su empresa no está sola. Según VentureSource, los capitalistas de riesgo invirtieron más de $ 100 millones en nuevas empresas relacionadas con la nanotecnología en 2001. Pero, dice Jurvetson, los inversores deben tener cuidado. El prefijo nano 'no debería seguir el mismo entusiasmo ciego que el sufijo .com', dice.
De hecho, por el momento, las empresas de microelectrónica convencional no tienen nada que temer. Pero los avances recientes en nanotecnología han convencido a muchos investigadores de que tienen una tecnología fundamentalmente nueva en sus manos, una que ampliará enormemente las posibilidades de la electrónica. Una cosa importante para recordar, dice Rogers de Bell Labs, es que las aplicaciones más esperadas pueden no ser las que eventualmente ayuden a cambiar la forma de vida de las personas. Las personas que inventaron el transistor probablemente no imaginaron una computadora portátil, dice. Es difícil anticipar estas cosas.
La nanoelectrónica está en su infancia, y los investigadores como Schn y Tour reconocen libremente que aún no están seguros de dónde tendrá su impacto inicial. Pero al menos la gente ahora está prestando atención e incluso invirtiendo en las posibilidades.