{"id":76442,"date":"2002-12-01T00:00:00","date_gmt":"2002-12-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2002\/12\/01\/una-valiosa-impureza\/"},"modified":"2015-02-02T15:21:32","modified_gmt":"2015-02-02T17:21:32","slug":"una-valiosa-impureza","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/una-valiosa-impureza\/","title":{"rendered":"Una valiosa impureza"},"content":{"rendered":"

\"\"IF \/ UFBA<\/span><\/a>Tras realizar c\u00e1lculos que demandaron ocho meses de trabajo para madurar, aquello que parec\u00eda sencillamente una impureza en el interior de ciertos grupos de \u00e1tomos se revel\u00f3 de pronto y claramente como un fen\u00f3meno \u00f3ptico que podr\u00e1 generar\u00a0chips<\/em> (circuitos integrados) de computadoras menores y m\u00e1s r\u00e1pidas que las actuales, capaces de procesar la informaci\u00f3n bajo la forma de corriente el\u00e9ctrica o de luz. Los descubrimientos llevados a cabo por el equipo del f\u00edsico Antonio Ferreira da Silva, investigador del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Federal de Bah\u00eda (UFBA), representan tambi\u00e9n una posibilidad de sobrevida para el silicio, el material actualmente utilizado para la fabricaci\u00f3n de\u00a0chips<\/em> y objeto de intensas investigaciones, debido a que su capacidad de compactaci\u00f3n se encuentra cerca de su l\u00edmite f\u00edsico.<\/p>\n

Mediante modelos matem\u00e1ticos, Silva demostr\u00f3 que el comportamiento que parec\u00eda un simple ruido aleatorio – las referidas impurezas – en\u00a0chips<\/em> experimentales elaborados con nitruro de galio (GaN) y arsenuro de galio (GaAs), era en realidad un nivel de energ\u00eda – o, como dir\u00edan los f\u00edsicos, un patr\u00f3n caracter\u00edstico de frecuencia de ondas – emitido por un aglomerado de tres \u00e1tomos de silicio. Dichos \u00e1tomos, juntos o separados, forman las impurezas, adicionadas desde hace d\u00e9cadas a los semiconductores a fin de incrementar la capacidad de transmisi\u00f3n de la luz o de la corriente el\u00e9ctrica de los citados materiales. Los resultados, publicados en octubre en\u00a0Applied Physics Letters<\/em>, sugieren que este comportamiento de los aglomerados de silicio – mucho m\u00e1s organizado de lo que se imaginaba – podr\u00eda utilizarse para procesar informaciones en niveles de energ\u00eda muy espec\u00edficos, ampliando as\u00ed las propiedades de los semiconductores.<\/p>\n

Silva y los alumnos Jailton Souza de Almeida y Adriano Jesus da Silva, trabajaron con los equipos de Clas Persson y Rajeev Ahuja, de la Universidad de Uppsala, y de Patrick Norman, de la Universidad de Link\u00f6ping, ambas de Suecia, analizando los experimentos realizados en el Naval Research Laboratory de Estados Unidos. En esta \u00faltima instituci\u00f3n, los investigadores detectaron el a\u00f1o pasado energ\u00edas de alrededor de 19 milielectrones-voltios en los cristales de nitruro de galio – y en principio las consideraron como meros ruidos, algo indeseable y sin importancia.<\/p>\n

Pero sobre final del a\u00f1o pasado, cuando Silva evalu\u00f3 nuevamente los resultados, tuvo la impresi\u00f3n de que no se trataba simplemente de ruidos. Y experimentos posteriores, hechos en el propio Naval Research Laboratory, lo comprobaron: lo que hab\u00edan observado – y despreciado inicialmente – era un nivel energ\u00e9tico compatible con el que aparecer\u00eda en un aglomerado de tres \u00e1tomos de silicio. Era, por lo tanto, un\u00a0cluster<\/em> (aglomerado, en ingles), que act\u00faa en una franja del espectro electromagn\u00e9tico correspondiente al infrarrojo, que podr\u00eda ser manipulada para leer, almacenar y transmitir informaci\u00f3n a trav\u00e9s de la luz y de la corriente el\u00e9ctrica.<\/p>\n

Un material prometedor
\n<\/strong>El nitruro de galio y el arsenuro de galio, que constituyen los\u00a0chips<\/em> en los cuales esos fen\u00f3menos fueron investigados, son materiales sintetizados en laboratorio, a diferencia del silicio, un mineral hallado en la naturaleza. Estos materiales (fundamentalmente el arsenuro de galio), investigados principalmente en Estados Unidos y en Jap\u00f3n – en Brasil hay grupos tambi\u00e9n en la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) y en la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) -, integran en la actualidad loschips<\/em> de aplicaciones especiales, fabricados por empresas tales como la estadounidense Lucent Technologies.<\/p>\n

No tienen todav\u00eda un precio tan accesible como el del silicio, pero son igualmente semiconductores: como son una especie de comodines del mundo fisicoqu\u00edmico, presentan un comportamiento mixto cuando se los estimula mediante una corriente el\u00e9ctrica o con luz. Pueden tanto conducir la corriente el\u00e9ctrica como emitir luminosidad.<\/p>\n

Esta propiedad hace de los semiconductores los materiales ideales para la creaci\u00f3n de dispositivos \u00f3ptico-electr\u00f3nicos, como los LEDs (diodos de emisi\u00f3n de luz), los detectores y los l\u00e1seres, que se valen tanto de los electrones, conductores de la corriente el\u00e9ctrica, como de los fotones, los part\u00edculas luminosas, para procesar informaci\u00f3n. Asimismo, los semiconductores pueden ser operados a temperatura ambiente y emiten luz visible – la regi\u00f3n del espectro electromagn\u00e9tico situada entre el rojo y el violeta, captada naturalmente por los ojos humanos. “Por eso”, afirma Silva, “los semiconductores pueden usarse para crear pr\u00e1cticamente cualquier tipo de dispositivo \u00f3ptico-electr\u00f3nico”.<\/p>\n

Pero los semiconductores tambi\u00e9n tienen sus deficiencias. La principal de \u00e9stas es que, para transmitir informaci\u00f3n, requieran de una energ\u00eda de activaci\u00f3n relativamente alta (en torno a 3 electrones-voltios), tres veces mayor que la del silicio cristalino (puro). En este punto entran los \u00e1tomos de silicio que son utilizados como impurezas, de manera tal de reducir la energ\u00eda necesaria para iniciar la conducci\u00f3n de la luz o la corriente el\u00e9ctrica. La estructura de los cristales de nitruro o arsenuro de galio, generada artificialmente en laboratorio, es sumamente regular – capa sobre capa de hex\u00e1gonos o cubos, de alrededor de 10\u00b2\u00b2 (el n\u00famero 1 seguido de 22 ceros) \u00e1tomos por cent\u00edmetro c\u00fabico.<\/p>\n

La cantidad de \u00e1tomos de silicio que entran como impurezas es mucho menor que la del cristal (nitruro de galio o arsenuro de galio) propiamente dicho, pero aun as\u00ed es astron\u00f3mica: entre 1015 y 1018 por cent\u00edmetro c\u00fabico. “Las impurezas ayudan a procesar la informaci\u00f3n de manera r\u00e1pida y con baja energ\u00eda, del orden de los milielectrones-voltios”, afirma Silva. Como el silicio cristalino es un mal emisor de luz, la intenci\u00f3n es lograr ahora una combinaci\u00f3n que se valga de lo mejor de ambos mundos: respuesta r\u00e1pida cuando sea necesaria y las propiedades \u00f3pticas de los compuestos de nitruro de galio y arsenuro de galio.<\/p>\n

El problema es que el silicio puede no aparecer solamente como \u00e1tomos aislados en medio de la red cristalina, sino tambi\u00e9n como clusters. Seg\u00fan Silva, es dif\u00edcil saber c\u00f3mo influyen estos \u00e1tomos juntos – que llegan a comportarse como una mol\u00e9cula – sobre las propiedades \u00f3pticas y de conducci\u00f3n el\u00e9ctrica de toda la red cristalina. El trabajo de Silva con los suecos deja m\u00e1s clara la distinci\u00f3n entre el material puro y el impuro, al establecer la diferencia de absorci\u00f3n o emisi\u00f3n de energ\u00eda de cada tipo de material y, al mismo tiempo, mostrar c\u00f3mo se juntan los \u00e1tomos en aglomerados.<\/p>\n

Al saber c\u00f3mo funcionan los\u00a0clusters<\/em>, aumenta el control sobre el proceso de emisi\u00f3n de energ\u00eda: dependiendo de la finalidad ideada para el\u00a0chip<\/em>, el fabricante puede modular las propiedades del dispositivo que ser\u00e1 creado con el material semiconductor. “Podr\u00edan crearse\u00a0chips<\/em> de silicio como los que se usan actualmente, pero con \u00e1reas de nitruro de galio, arsenuro de galio e incluso de otra forma de silicio, el silicio poroso, que tiene una superficie rugosa – en los cuales la informaci\u00f3n luminosa tambi\u00e9n pueda ser procesada”, sugiere el f\u00edsico.<\/p>\n

Seg\u00fan Silva, el sistema mixto – un dispositivo \u00f3ptico y electr\u00f3nico – ser\u00eda en principio sumamente pr\u00e1ctico para minimizar el problema de la miniaturizaci\u00f3n de los\u00a0chips<\/em> de silicio: la capacidad de procesamiento de informaci\u00f3n crecer\u00eda no ya mediante la reducci\u00f3n de los componentes de los\u00a0chips<\/em>, tal como es la tendencia actual, sino con la posibilidad de que los materiales semiconductores procesen luz y corriente el\u00e9ctrica simult\u00e1neamente.<\/p>\n

Silva no investiga \u00fanicamente compuestos de galio. Su trabajo con Iuri Pepe, tambi\u00e9n de la UFBA, result\u00f3 en art\u00edculos que han sido aceptados en\u00a0Physical Review B y Journal of Applied Physics<\/em> para su publicaci\u00f3n. \u00c9stos abordan las posibilidades de control de las propiedades de otros materiales de importancia tecnol\u00f3gica, como los carburos de silicio o los ioduros de bismuto y antimonio, utilizados en los detectores de rayos X o infrarrojos, por ejemplo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El comportamiento de los \u00e1tomos intrusos puede ayudar a hallar nuevas aplicaciones para los materiales semiconductores","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-76442","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76442","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76442"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76442\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76442"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76442"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76442"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76442"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}