Los transistores, componentes básicos de la electrónica moderna, suelen estar hechos de silicio. Sin embargo, el silicio presenta limitaciones físicas fundamentales que restringen la eficiencia energética de un transistor. En este contexto, los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han sustituido el silicio por un semiconductor magnético, creando un transistor magnético que podría permitir circuitos más pequeños, rápidos y energéticamente más eficientes. El magnetismo del material influye considerablemente en su comportamiento electrónico, lo que permite un control más eficiente del flujo eléctrico.
En un dispositivo electrónico, los transistores semiconductores de silicio actúan como pequeños interruptores de luz que encienden y apagan un circuito o amplifican señales débiles en un sistema de comunicación. Lo hacen mediante un pequeño voltaje de entrada. Pero un límite físico fundamental de los semiconductores de silicio impide que un transistor funcione por debajo de un determinado voltaje, lo que dificulta su eficiencia energética.
Para desarrollar dispositivos electrónicos más eficientes, el equipo utilizó un nuevo material magnético y un proceso de optimización que reduce los defectos del material, mejorando el rendimiento del transistor. Las propiedades magnéticas únicas del material también permiten utilizar transistores con memoria incorporada, lo que simplificaría el diseño de circuitos y desbloquearía nuevas aplicaciones para la electrónica de alto rendimiento.
Los investigadores reemplazan el silicio en la capa superficial de un transistor con bromuro de azufre y cromo, un material bidimensional que actúa como semiconductor magnético. Gracias a la estructura del material, los investigadores pueden alternar entre dos estados magnéticos con gran precisión. Esto lo hace óptimo para un transistor que alterna suavemente entre encendido y apagado.
Descubrieron que cambiar estos estados magnéticos modifica las propiedades electrónicas del material, permitiendo un funcionamiento de baja energía, y a diferencia de muchos otros materiales 2D, el bromuro de cromo y azufre se mantiene estable en el aire.
Fabricación del transistor magnético
Para fabricar un transistor, los investigadores modelaron electrodos sobre un sustrato de silicio, y posteriormente alinearon y transfirieron cuidadosamente el material 2D sobre él. Utilizaron cinta adhesiva para tomar un pequeño trozo de material, de apenas unas decenas de nanómetros de grosor, para mantener la superficie muy limpia, y lo colocaron sobre el sustrato.
Esta ausencia de contaminación permite que el dispositivo supere el rendimiento de los transistores magnéticos existentes, al mismo tiempo puede conmutar o amplificar la corriente eléctrica por un factor de 10.
Asimismo, el material también permite controlar los estados magnéticos mediante corriente eléctrica. Esto es importante porque los ingenieros no pueden aplicar campos magnéticos a transistores individuales en un dispositivo electrónico. Necesitan controlar cada uno eléctricamente.
Las propiedades magnéticas del material también podrían permitir la creación de transistores con memoria incorporada, simplificando el diseño de circuitos lógicos o de memoria. Un dispositivo de memoria típico consta de una celda magnética para almacenar información y un transistor para leerla. Su método permite combinar ambos en un solo transistor magnético.
Basándose en esta demostración, los investigadores planean estudiar más a fondo el uso de la corriente eléctrica para controlar el dispositivo. También están trabajando para que su método sea escalable y así poder fabricar matrices de transistores.