Dispositivo basado en química realiza operaciones lógicas

Por primera vez, investigadores han realizado operaciones lógicas, la base del cálculo, con un dispositivo químico que utiliza campos eléctricos y luz ultravioleta.

El dispositivo y los métodos pioneros utilizados abren posibilidades de investigación que incluyen chips de computadora de bajo consumo y alto rendimiento.

Las computadoras necesitan una actualización. Desde los relojes inteligentes a los centros de datos, todas las computadoras cuentan con tipos de componentes similares, incluidos los procesadores y la memoria. Estos chips semiconductores comprenden minúsculos transistores electrónicos en lechos de silicio.

Dichos dispositivos no pueden hacerse mucho más pequeños debido a cómo se comporta la materia en la escala cuántica a la que se aproximan. Por esta razón y más, los ingenieros idean nuevas formas y materiales para realizar funciones lógicas y de memoria.

El estudiante de doctorado Keiichi Yano, el profesor Yoshimitsu Itoh y el profesor Takuzo Aida del Departamento de Química y Biotecnología de la Universidad de Tokio y su equipo desarrollaron un dispositivo que demuestra funciones útiles para el cálculo.

Las computadoras convencionales utilizan la carga eléctrica para representar dígitos binarios (1 y 0), pero el dispositivo de los ingenieros utiliza campos eléctricos y luz ultravioleta. Estos permiten una operación de menor potencia y generan menos calor que la lógica basada en la carga eléctrica.

El dispositivo también es muy diferente de los chips semiconductores actuales, ya que es de naturaleza química, y es esta propiedad la que da origen a su potencial utilidad en el futuro de la computación. No es solo el beneficio de poder y calor; este dispositivo podría fabricarse de forma barata y fácil también. El dispositivo cuenta con moléculas en forma de disco y varilla que se autoensamblan en forma de escaleras en espiral llamadas cristales líquidos en forma de columna (CLC) en las condiciones adecuadas.

“Una cosa que me encanta de crear un dispositivo con química es que se trata menos de ‘construir’ algo; en lugar de eso, es más parecido a hacer ‘crecer’ algo”, dice Itoh. “Con delicada precisión, persuadimos a nuestros compuestos para que formen diferentes formas con diferentes funciones. Hay que pensar en ello como una programación con química”.

Antes de comenzar una operación lógica, los investigadores colocan una muestra de CLC entre dos placas de vidrio cubiertas con electrodos. La luz polarizada, que siempre vibra en un solo plano, pasa a través de la muestra hacia un detector en el otro lado.

En el estado predeterminado de la muestra, los CLC existen en un estado orientado al azar que permite que la luz llegue al detector.

Cuando el campo eléctrico o la luz ultravioleta se encienden y se apagan individualmente, la salida detectada permanece igual. Pero cuando el campo eléctrico y la luz se encienden juntos y luego se apagan después de aproximadamente un segundo, los CLC se alinean de una manera que bloquea el detector de la luz.

Si a los estados de “salida” de luz y oscuridad, y a los estados de “entrada” del campo eléctrico y de la luz UV se les asignan dígitos binarios para identificarlos, entonces el proceso ha realizado efectivamente lo que se llama una función AND lógica: todas las entradas a la función debe ser “1” para que la salida sea “1”.

“La función AND es una de varias funciones lógicas fundamentales, pero la más importante para el cálculo es la función NO-AND o NAND.

Esta es una de varias áreas para futuras investigaciones”, explica Yano. “También deseamos aumentar la velocidad y la densidad de los CLC para que sean más prácticos de usar. Me fascina cómo las moléculas de autoensamblaje como las que usamos para hacer que los CLC dan lugar a fenómenos como las funciones lógicas”.

Fuente: EP

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