Otro componente que falta podría revolucionar la electrónica

En 1971, Leon Chua, un joven ingeniero electrónico de la Universidad de California, Berkeley, comenzó a trabajar en un marco matemático fundamental para la electrónica. Su teoría se basó en las relaciones entre carga, corriente, flujo magnético y voltaje y la forma en que estas cantidades electromagnéticas varían a medida que pasan a través de los elementos básicos del circuito de resistencias, capacitores e inductores.

Una corriente que pasa a través de una resistencia crea un voltaje. Para un voltaje dado, un capacitor almacena una cierta cantidad de carga. Y una corriente que pasa a través de un inductor genera un flujo magnético. Pero Chua vio que faltaba algo: una relación entre la carga y el flujo magnético.

Postuló la existencia de un dispositivo para vincular esas dos cantidades, al que llamó memristor, pero le dio poca importancia durante más de 30 años. Luego, en 2004, los investigadores de los laboratorios de Hewlett-Packard anunciaron que habían creado un memristor y que tenía la extraordinaria capacidad de almacenar información sin usar energía. Era como una resistencia con memoria.

Desde entonces, este equipo y otros han empaquetado memristores en chips para simular, entre otras cosas, la forma en que el cerebro humano procesa la información. Y otros investigadores han comenzado la búsqueda de memcapacitores y meminductores, versiones análogas de los demás componentes electrónicos pasivos.

Esta historia plantea una pregunta interesante. ¿Hay otros elementos electrónicos aún por descubrir y, de ser así, qué harían?

Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Sungsik Lee en la Universidad Nacional de Pusan ​​en Corea del Sur. Mientras que Chua se centró en los componentes electrónicos pasivos, como resistencias y condensadores, Lee estudió las propiedades de los componentes electrónicos activos, como los transistores. Él dice que ha identificado otra brecha, y que el dispositivo que falta, si se puede construir, tendrá profundas consecuencias para el futuro de la electrónica.

El razonamiento de Lee se centra en el dispositivo electrónico activo más destacado: el transistor. Tiene una salida que puede ser conmutada por una entrada de corriente o voltaje. En otras palabras, un transistor es una forma de encender y apagar la corriente.

Pero no hay ningún dispositivo comparable para cambiar un voltaje. Se propone describir tal dispositivo.

Los transistores toman una señal de entrada y la transfieren a la salida de corriente, como una resistencia variable. De ahí el nombre: una combinación de transferencia y resistencia. Por el contrario, el dispositivo que imagina transferiría una señal de entrada a una salida de voltaje, como un capacitor variable. Así que Lee lo llama un trancitor.

Continúa sugiriendo cómo podría usarse. Una aplicación obvia es emparejar un transitor y un transistor para crear circuitos que son mucho más simples y más eficientes energéticamente que los diseños existentes. Por ejemplo, Lee muestra cómo sería posible crear un amplificador de voltaje simple usando un solo transductor y un solo transistor. Por el contrario, una versión convencional de este circuito requiere cuatro transistores.

Lee continúa simulando un circuito de este tipo y dice que el resultado es más pequeño, consume menos energía y es más rápido que los circuitos convencionales de solo transistores.

Eso tiene implicaciones significativas para los dispositivos electrónicos. Los circuitos transistor-trancitor ocuparían mucho menos espacio, usarían menos energía y trabajarían a velocidades más altas que los circuitos convencionales. Los transductores traerían un nuevo paradigma de la electrónica, dice Lee.

Pero hay una pregunta importante sin respuesta: cómo construir un trancitor.

Lee dice que su nuevo dispositivo podría funcionar empleando el conocido efecto Hall, que produce un voltaje a través de un conductor cuando se aplica un campo magnético en una dirección perpendicular a la corriente. Pero no está claro cómo podría explotarse esto a escala nanométrica en circuitos compatibles con CMOS.

Los circuitos electrónicos de hoy se han optimizado durante décadas, por lo que cualquier dispositivo nuevo tendría que ponerse al día.

Una de las razones por las que el memristor de Chua tardó tanto en encontrar fue que las propiedades materiales que le permiten funcionar solo pueden manipularse a escala atómica. Así que no había forma de hacer uno de manera eficiente hasta hace relativamente poco tiempo.

El efecto Hall ciertamente funciona en la escala de los portadores de carga subatómica. Entonces, todo lo que necesitamos ahora es un ingeniero electrónico emprendedor para encontrar una manera de construir un transceptor y ponerlo en uso.

Ref: arxiv.org/abs/1805.05842 : Un dispositivo activo perdido: Trancitor para un nuevo paradigma de la electrónica

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