'Nature' dedica su portada a una investigación en la que participa Etxenike

SAN SEBASTIAN. DV. La revista Nature dedica hoy la portada de su último número a una investigación que ha registrado, por primera vez, el transporte de electrones entre átomos en materiales sólidos en la escala del attosegundo, y en la que ha participado Pedro Miguel Etxenike, presidente del Donostia International Physics Center (DIPC), que fue el promotor de la investigación. El descubrimiento podría ayudar a desarrollar la electrónica ultrarrápida, ya que aumentaría casi 100.000 veces la velocidad de la electrónica actual.

Los resultados de la investigación tienen una trascendencia capital porque, en última instancia, la posibilidad de poder manipular o controlar esos flujos abre «un nuevo campo de la ciencia en el que convergerán la física de attosegundos con la nanotecnología».

El logro permite atisbar unas mejoras de rendimiento exponenciales en los circuitos electrónicos, que están en la base de funcionamiento de computadoras, aparatos de comunicación e instrumentos de medida.

Electrónica ultrarrápida

Si la base de cálculo, de encendido-apagado, de estas tecnologías se realiza ahora en los modelos más avanzados en frecuencias de nanosegundos (la mil millonésima de segundo), el control de paso de electrones en determinados materiales sólidos permitiría que la velocidad pudiera medirse en millonésimas de la billonésima de segundo, Es decir electrónica ultrarrápida, 100.000 veces más veloz que la actual.

La unidad de tiempo entre los seres humanos es el segundo, pero en el mundo atómico tiende al attosegundo, que equivale a 0.000 000 000 000 000 001 segundos. A Etxenike le gusta hacer la equivalencia de que un attosegundo es a un segundo «lo que un segundo es a la edad del Universo, aproximadamente 13.700 millones de años».

Etxenike, que precisamente hoy será nombrado presidente de la academia de las ciencias, de las artes y de las letras Jakiunde que ha promovido Eusko Ikaskuntza, explica que «si bien estos tiempos son sumamente cortos, constituyen el límite de velocidad para los procesos electrónicos del futuro. Los avances tecnológicos que nos acerquen a este límite dependen de nuestra capacidad para medirlos en tiempo real y, finalmente, controlar el transporte de electrones en sólidos, con precisión de attosegundos».

Esa capacidad de medición y control es precisamente el núcleo de la investigación que se ha sustentado sobre la base teórica desarrollada por Etxenike y que se ha ejecutado en el laboratorio de Attosegundos del Instituto de Óptica Cuántica Max Planck de Munich, bajo la dirección de Adrián Cavalieri, Ferenc Krausz y de Ulrich Heinzman, de la Universidad de Bielefeld, de manera que han conseguido medir la diferencia en los tiempos de viaje de dos distintos tipos de electrón a través de varias capas atómicas.

«El experimento constituye la primera medida con precisión de attosegundos realizada en materiales sólidos, y abre el campo del control sobre el transporte de electrones en sólidos a escala atómica», subraya Etxenike. Se da la curiosidad de que esta investigación se ha efectuado con un material denominado wolframio (o tungsteno), que es el único elemento descubierto en la península, concretamente por los hermanos Elhuyar en el Seminario de Bergara a finales del siglo XVIII.

Transportar información

El transporte controlado de carga eléctrica por electrones a través de nanocircuitos constituye la base de la electrónica moderna. El presidente del DIPC explica que «en los circuitos mas avanzados, los electrones son conducidos por un voltaje de microondas, que es capaz de dar paso o cortar la corriente en una fracción de nanosegundo. Ese tiempo de transición apagado-encendido, determina el número de cálculos que puede ejecutar un computador temporizado por el circuito, en un período de tiempo definido».

«En última instancia, -prosigue- la velocidad de la transición apagado-encendido queda limitada por el tiempo que tardan los electrones en viajar a través de las estructuras utilizadas para guiar o controlar su corriente. Estructuras más pequeñas conllevan transiciones mas rápidas y flujos mas densos de información».

Desde esta perspectiva, el progreso tecnológico camina por la senda de miniaturizar al máximo los circuitos y de alcanzar velocidades inimaginables que multiplican exponencialmente la capacidad de procesamiento de información. En las pruebas experimentales realizadas ahora los electrones fueron estimulados con fotones mediante láseres y se desplazaron a 5.000 kilómetros por segundo. «Estas consideraciones son las que impulsan la búsqueda de nanoestructuras cada vez mas pequeñas en la electrónica del estado sólido, desembocando en arquitecturas de escala molecular».

Hay un límite físico, el del átomo al que, con descubrimientos como el efectuado ahora, ya se aproxima la electrónica. «La distancia entre átomos vecinos en una estructura cristalina o en una molécula supone la longitud mas corta posible para canalizar o interrumpir corriente con aplicaciones en la informática. Esto resultaría en la emergencia de una nueva electrónica, la de Petaherzios, en la que la dirección de la corriente puede cambiar con una frecuencia de varios billones de veces por segundo, unas cien mil veces superior a la electrónica actual», concluye Pedro Miguel Etxenike.