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Nano Lab 'Noise Free' de IBM
Esta semana, IBM anunció planes para construir las instalaciones de fabricación nanoelectrónica sin ruido más grandes del mundo en Suiza. Al proteger los equipos del ruido externo electromagnético, térmico y sísmico, las nuevas instalaciones deberían ayudar a avanzar en la investigación en una amplia gama de campos, como la espintrónica, los dispositivos basados en carbono y la nanofotónica, dice IBM.
Bloquear el ruido: La representación de un artista (arriba) muestra el diseño de las nuevas instalaciones de investigación nanotecnológica de IBM en Zurich, Suiza, que incluirán los laboratorios sin ruido más grandes del mundo. Los bancos de prueba en cada laboratorio (abajo) descansarán sobre bloques sísmicos montados sobre resortes neumáticos. Los pisos dobles de los laboratorios eliminarán las vibraciones, incluidas las causadas por las personas que ingresan a la sala.
A medida que la investigación en electrónica se desplaza a escalas cada vez más pequeñas, un entorno de laboratorio estable se vuelve cada vez más importante, dice Matthias Kaiserswerth, director de la Laboratorio de investigación de IBM Zurich . Si está tratando de diseñar un nuevo transistor manipulando electrones individuales que se mueven a través de un nanotubo de carbono, cualquier perturbación (un camión que pasa ruidosamente o una aspiradora cercana) puede interrumpir su experimento y dejarlo con resultados irreproducibles.
Lo que estamos tratando de conseguir es algo realmente libre de ruidos, que nos proteja de todas estas influencias, dice Kaiserswerth. Eventualmente, dice Kaiserswerth, este tipo de instalaciones se convertirán para la nanoelectrónica en lo que son las salas blancas para la electrónica de silicio convencional.
Henry Smith , codirector del Laboratorio de nanoestructuras del MIT, no está tan seguro. No hay evidencia firme de que se necesiten tales instalaciones, dice. El aislamiento activo de vibraciones es una mejor solución y a un costo mucho menor.
Pero Xiang Zhang , director del Centro de Ciencia e Ingeniería a Nanoescala de la Universidad de California, Berkeley, dice que es precisamente la voluntad de IBM de asumir riesgos con sus nuevas instalaciones lo que creará entusiasmo en la comunidad nanotecnológica. Ésta es una buena señal, dice.
Los nuevos laboratorios son parte de una instalación de $ 90 millones y 65,000 pies cuadrados que está construyendo IBM en colaboración con el Instituto Federal Suizo de Tecnología, también en Zurich. Un tercio de los $ 90 millones se destinará a la construcción de 10,000 pies cuadrados de instalaciones de sala limpia y 2,000 pies cuadrados de laboratorios sin ruido. Aunque los laboratorios de nanotecnología en otros lugares están protegidos de varias maneras, dice Kaiserswerth, estos 200 metros cuadrados serán únicos. Estos laboratorios sin ruido nos darán una ventaja competitiva para que podamos avanzar más rápido.
IBM está en el negocio de fabricar chips de computadora, dice Kaiserswerth. Pero hemos estado luchando en los últimos años para cumplir con la Ley de Moore en términos de duplicar el número de transistores en un chip y duplicar la frecuencia del reloj. Las técnicas que la industria ha utilizado tradicionalmente para aumentar la densidad del circuito están comenzando a chocar contra los límites físicos fundamentales del silicio. Muchas empresas y centros de investigación están tratando de desarrollar formas novedosas de almacenar información y realizar cálculos.
Por ejemplo, IBM está estudiando la construcción de transistores a partir de nanocables, utilizando pequeñas fuerzas magnéticas ejercidas por los electrones para almacenar información y ralentizando y doblando la luz de manera que sea posible realizar cálculos con fotones en lugar de electrones.
Pero con estas nuevas tecnologías vienen nuevos desafíos. Una vez que pasas a la investigación a escala atómica, estás lidiando con niveles de energía muy bajos, por lo que necesitas instrumentos muy sensibles, dice Kaiserswerth. Y cuanto más sensible sea el instrumento, más sensible será a las perturbaciones en el medio ambiente. Cada vez que comprábamos un equipo nuevo, dice Paul Seidler, director de ciencia y tecnología de IBM Zurich, teníamos que pensar mucho sobre qué laboratorio era el más adecuado.
Y a medida que la nanotecnología avanza en la fabricación de estructuras cada vez más pequeñas que exigen una mayor precisión, muchos laboratorios encontrarán cada vez más esto como un problema, dice Kaiserswerth. Zhang está de acuerdo. Es algo que la industria tendrá que abordar, dice.
Cada laboratorio en las nuevas instalaciones de IBM tendrá bancos de prueba montados en bloques de concreto separados, sostenidos elásticamente por amortiguadores neumáticos. Estos, a su vez, se montarán sobre losas de hormigón de gran masa que absorben las vibraciones. Este doble suelo eliminará incluso las vibraciones provocadas por las personas que entren en la habitación.
De manera similar, los laboratorios estarán efectivamente encerrados en jaulas que actúan como escudos electromagnéticos pasivos para proteger contra los campos electromagnéticos permanentes, como los causados por los ferrocarriles cercanos u otros laboratorios. El blindaje activo basado en sensores compensará cualquier perturbación electromagnética periódica. Podemos proteger hasta cinco nanotesla, o una 10.000 del campo magnético de la tierra, dice Kaiserswerth.
Este es el siguiente nivel de precisión, dice Seidler. En muchos aspectos, es una indicación de que ha llegado la nanoelectrónica.