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Científicos del MIT descubren un nuevo material que puede sustituir al silicio
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el semiconductor más eficiente del mundo

Científicos del MIT descubren un nuevo material que puede sustituir al silicio

Los investigadores aseguran que este material es el mejor semiconductor que existe y que podría abrir la puerta a aparatos y coches eléctricos que no se sobrecalientan

Foto: El nuevo semiconductor nos puede traer aparatos electrónicos más eficientes. (TSMC)
El nuevo semiconductor nos puede traer aparatos electrónicos más eficientes. (TSMC)

Un grupo de científicos liderado por investigadores del MIT ha descubierto un material que, según ellos, permite el paso de corriente eléctrica con gran facilidad y es 10 veces mejor conductor del calor que el silicio, el material con el que se fabrican miles de millones de aparatos electrónicos como el que estás usando ahora para leer este texto. Si este descubrimiento logra hacerse un hueco en la industria podría abrir la puerta a la fabricación de nuevos dispositivos electrónicos más eficientes.

Foto: El Great Magellan Telescope, de casi 25 metros de diámetro, estará alojado en un edificio de 12 plantas en Los Andes de la región de Atacama, Chile. (GMTO)

El silicio es uno de los elementos más abundantes del planeta. Sus propiedades como semiconductor lo han convertido en uno de los grandes responsables de la última revolución de la comunicaciones —sin él no habría internet, ordenadores o teléfonos móviles—. Pero también es uno de los actores principales en la revolución energética de los últimos años, siendo clave en la fabricación de células fotovoltáicas y en los coches eléctricos.

Sin embargo el silicio no es perfecto. Aunque sus propiedades hacen que los electrones fluyan fácilmente a través de su estructura, no permiten el paso de los huecos de electrón —una idea que ayuda a analizar el movimiento de los electrones considerando su falta en un enlace como si fuera una partícula— lo que limita la producción de algunos dispositivos que necesitan ambos elementos. Además, el silicio no es buen conductor de calor, de ahí que algunos dispositivos electrónicos tengan problemas de sobrecalentamiento y, aunque no haya una ola de calor como la de ahora, necesiten de costosos sistemas de refrigeración para funcionar correctamente.

placeholder  Monocristales de arseniuro de boro. (University of Houston)
Monocristales de arseniuro de boro. (University of Houston)

Ahora, los investigadores del MIT y la Universidad de Houston, entre otros, han descubierto que el arseniuro de boro cúbico no tiene ninguno de esos problemas y además es un semiconductor mucho más eficiente que el silicio. Los resultados de la investigación, publicados recientemente en la revista Science, son tan buenos que el equipo asegura que este es el mejor material semiconductor jamás encontrado, y tal vez, el mejor posible.

Un nuevo ‘material mágico’

Los investigadores aseguran que el arseniuro de boro cúbico permite una gran movilidad tanto a los electrones como a los huecos. "Eso es importante porque, por supuesto, en los semiconductores tenemos cargas positivas y negativas por igual. Así que, si se construye un dispositivo, se quiere tener un material en el que tanto los electrones como los huecos viajen con menos resistencia", dice Gang Chen, profesor de ingeniería mecánica del MIT y uno de los autores principales de la investigación. Además, asegura, tiene una excelente conductividad térmica que es 10 veces mayor que la del silicio. "Por lo tanto, esto es muy atractivo sólo para la disipación del calor".

Otro de los autores principales, el doctor Jungwoo Shin, también del MIT, argumenta que el calor es uno de los principales limitantes para la fabricación de algunos dispositivos electrónicos. "El carburo de silicio está sustituyendo al silicio para la electrónica de potencia en las principales industrias de vehículos eléctricos, incluida Tesla, ya que tiene una conductividad térmica tres veces mayor que el silicio a pesar de su menor movilidad eléctrica. Imaginemos lo que pueden conseguir los arseniuros de boro, con una conductividad térmica 10 veces superior y una movilidad mucho mayor que la del silicio. Puede ser revolucionario", asegura Shin.

placeholder El profesor Chen en el laboratorio del MIT. (MIT)
El profesor Chen en el laboratorio del MIT. (MIT)

La conductividad térmica del arseniuro de boro cúbico no sólo es la mejor de todos los semiconductores, sino que, según ha podido comprobar el equipo, es la tercera mejor de todos los materiales, solo por detrás del diamante y del nitruro de boro cúbico enriquecido isotópicamente. "Esto es impresionante, porque en realidad no conozco ningún otro material, aparte del grafeno, que tenga todas estas propiedades", dice Chen. "Y este es un material que se encuentra en grandes cantidades que tiene esas propiedades".

Cuándo tendremos un ordenador que no se caliente

A pesar de la euforia por su descubrimiento, los investigadores son conscientes de que todavía queda mucho para que este material pueda sustituir al omnipresente silicio. El principal reto que tienen por delante es ser capaces de producirlo en las enormes cantidades que demanda la industria.

"El silicio es el caballo de batalla de toda la industria", dice Chen. "Así que, vale, tenemos un material que es mejor, pero ¿va a compensar realmente a la industria? No lo sabemos". Aunque el material parece ser casi un semiconductor ideal, "si realmente puede entrar en un dispositivo y sustituir parte del mercado actual, creo que eso aún está por demostrar".

Foto: Central térmica en Michigan City, Indiana, Estados Unidos. (Diego Delso/CC)

Aun así, como recuerda Shin, el camino que siguió el silicio para convertirse en lo que es hoy tampoco fue fácil. “El silicio tardó décadas en ganarse la corona, con una pureza superior al 99,99999999 por ciento, es decir, 10 nueves para la producción en masa actual".

Para que este material llegue a ser útil para la industria, sostiene Chen, se necesita más investigación que desarrolle diferentes formas de hacer mejores materiales. Aunque para eso, reconoce, hace falta inversión. "Esto podría ser potencialmente muy importante, y la gente ni siquiera ha prestado atención a este material". Tal vez su investigación consiga que empiecen a hacerlo.

Un grupo de científicos liderado por investigadores del MIT ha descubierto un material que, según ellos, permite el paso de corriente eléctrica con gran facilidad y es 10 veces mejor conductor del calor que el silicio, el material con el que se fabrican miles de millones de aparatos electrónicos como el que estás usando ahora para leer este texto. Si este descubrimiento logra hacerse un hueco en la industria podría abrir la puerta a la fabricación de nuevos dispositivos electrónicos más eficientes.

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