Circuitos electrónicos que se reconfiguran en pleno uso

Los circuitos multi-tarea capaces de reconfigurarse a sí mismos en tiempo real y cambiar de función en caso de necesidad: esta es la prometedora aplicación derivada de un descubrimiento realizado en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza) y publicado en la revista Nature Nanotechnology. Otros posibles usos: miniaturización de dispositivos electrónicos y desarrollo de circuitos flexibles.

¿Será posible algún día reconfigurar microchips electrónicos como queramos, incluso cuando estén siendo usados? El descubrimiento de la EPFL sugiere que sí. Los investigadores han demostrado que es posible crear vías conductoras de varios átomos de ancho en un material, para moverlos a voluntad e incluso hacerlos desaparecer. La investigación es objeto de un artículo reciente que aparece en la revista Nature Nanotechnology.

La electrónica adaptable está generando un gran interés en la comunidad científica debido a sus muchas aplicaciones. Imaginemos por un momento que un solo microchip fuera capaz de realizar las tareas de varios circuitos diferentes. Por ejemplo, un circuito asignado para procesar la información sonora podría, cuando no se utilizara para este propósito, ser reasignado para procesar imágenes. Esto nos permitiría miniaturizar nuestros dispositivos electrónicos.

Al mismo tiempo, se haría posible desarrollar circuitos resilientes. Cada vez que un microchip estuviera dañado, podría teóricamente reconfigurarse para que pudiera seguir funcionando utilizando los componentes que quedaran intactos. "Sería una forma efectiva de mantener los dispositivos defectuosos funcionando cuando están en lugares difíciles de alcanzar, como el espacio", subraya Leo McGilly, autor principal del artículo, en la nota de prensa de EPFL.

Materiales ferroeléctricos

Detrás de esta prometedora tecnología están los llamados materiales ferroeléctricos, en los que es posible crear caminos conductores flexibles. Estas vías se generan mediante la aplicación de un campo eléctrico al material.

Más específicamente, cuando se aplica la corriente eléctrica, ciertos átomos se mueven ya sea "arriba" o "abajo", algo que se conoce como polarización.En los últimos años, el mundo académico ha observado que se forman vías conductoras de varios átomos de ancho -llamadas "muros, o paredes"- entre estas zonas polarizadas. El único problema es que, hasta ahora, era imposible controlar cómo se formaban estas vías.

En EPFL, los investigadores demostraron que era posible controlar la formación de paredes en una película de material ferroeléctrico, y por lo tanto crear vías donde ellos querían, en sitios concretos. El truco radica en la producción de una estructura de sándwich con componentes de platino en el exterior y un material ferroeléctrico en el interior.

"Mediante la aplicación de campos eléctricos a nivel local en la parte metálica, hemos sido capaces de crear rutas en diferentes sitios y moverlas, y también de destruirlas con un campo eléctrico inverso", explica Mc Gilly. Se utilizaron electrodos de baja conductividad para rodear el material ferroeléctrico. Esto significa que la carga se propaga muy lentamente en la estructura, por lo que es posible controlar exactamente dónde se aplica. "Cuando usamos materiales de alta conductividad, la carga se extiende rápidamente y las paredes se forman al azar en el material."

En este punto, los investigadores han probado su investigación sobre materiales aislados. El siguiente paso consiste en el desarrollo de un prototipo de circuito reconfigurable. McGilly iría aún más lejos. "El hecho de que podemos generar vías donde queramos podría permitir en el futuro que imitáramos fenómenos que tienen lugar en el interior del cerebro, mediante la creación regular de nuevas sinapsis. Esto podría ser útil para reproducir el fenómeno del aprendizaje en un cerebro artificial."

Referencia bibliográfica:

L. J. McGilly, P. Yudin, L. Feigl, A. K. Tagantsev y N. Setter: Controlling domain wall motion in ferroelectric thin films. Nature Nanotechnology (2015). DOI:10.1038/nnano.2014.320.