Un equipo de ingenieros del MIT ha desarrollado un transistor magnético que promete cambiar las reglas del juego en el diseño de componentes electrónicos. A diferencia de los transistores tradicionales, que dependen del silicio como material base, este nuevo dispositivo utiliza un semiconductor magnético bidimensional: el bromuro de azufre y cromo (CrSBr).
Este material ofrece propiedades singulares que permiten conmutar entre dos estados magnéticos con gran precisión, lo cual no solo posibilita un control más eficiente de la corriente eléctrica, sino que también abre la puerta a una integración más estrecha entre procesamiento y almacenamiento de datos.
El límite físico del silicio
Durante décadas, el silicio ha sido la piedra angular de los circuitos electrónicos. Sin embargo, tiene un límite de funcionamiento en cuanto al voltaje mínimo requerido para conmutar su estado, lo que restringe su eficiencia energética. Este cuello de botella ha motivado la búsqueda de materiales alternativos, en particular aquellos que permitan explotar el espín del electrón además de su carga, como propone la spintrónica.
La spintrónica intenta utilizar la orientación magnética de los electrones para representar estados binarios, lo cual podría reducir el consumo energético de forma drástica. Pero hasta ahora, muchos de los materiales magnéticos estudiados no cumplían con los requisitos electrónicos necesarios para competir con el silicio. El CrSBr cambia ese panorama.
Un material estable y eficiente
El CrSBr, al ser bidimensional y magnético, ofrece una base ideal para el desarrollo de nuevos componentes. A diferencia de otros materiales 2D que tienden a degradarse en contacto con el aire, este compuesto es estable en condiciones ambientales normales, lo que facilita su manipulación en laboratorio y lo acerca más a una posible fabricación industrial.
La estructura atómica del CrSBr permite que, al aplicarle una corriente eléctrica o un campo magnético, se altere su estado electrónico. Esa transición se traduce en una capacidad de conmutación diez veces más intensa que la de los transistores magnéticos anteriores, según explicó Luqiao Liu, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del MIT.
Un nuevo proceso de fabricación
Para construir el dispositivo, los ingenieros del MIT diseñaron un proceso de ensamblaje especialmente limpio. En lugar de utilizar disolventes o adhesivos, que pueden dejar residuos o afectar la calidad de las superficies, usaron cinta adhesiva para transferir directamente el material magnético sobre un sustrato de silicio con electrodos previamente dispuestos. Este enfoque simplificado reduce impurezas y mejora el rendimiento del dispositivo.
El resultado fue una interfaz libre de contaminantes, crucial para mantener el control sobre las propiedades eléctricas y magnéticas. Este tipo de detalles técnicos, que pueden parecer menores, son determinantes en el comportamiento final del transistor.
Menor consumo y mayor confiabilidad
Una de las pruebas clave fue demostrar que el estado magnético podía alterarse inicialmente mediante un campo magnético externo, usando una cantidad de energía mucho menor que la requerida por un transistor de silicio tradicional. Pero el verdadero hito fue comprobar que corrientes eléctricas también pueden cambiar el estado del material, lo cual resulta esencial para aplicaciones reales.
No se puede depender de imanes externos para controlar millones de transistores en un chip. Por eso, lograr este control eléctrico representa un paso firme hacia la integración de esta tecnología en dispositivos comerciales.
El transistor también destaca por su capacidad de almacenamiento integrada. A diferencia de los sistemas tradicionales, donde la lógica y la memoria están separadas en celdas distintas, este dispositivo une ambas funciones. Esto significa que no solo puede encenderse y apagarse, sino también recordar su estado anterior, algo muy valioso para sistemas que requieren alta velocidad de acceso y eficiencia.
Aplicaciones futuras y escalabilidad
Aunque el desarrollo aún está en fase de laboratorio, los investigadores ya planean mejorar el control eléctrico del material y trabajar en procesos de fabricación más escalables. Esto implica crear arreglos de múltiples dispositivos que puedan funcionar en conjunto, una condición indispensable para que esta tecnología pueda competir con los chips actuales en rendimiento y costo.
Chung-Tao Chou, estudiante de posgrado y coautor del estudio, destacó que una de las mayores barreras fue encontrar el material adecuado. Tras muchos intentos con otros compuestos que fallaron, el descubrimiento del CrSBr marcó un punto de inflexión. Según Chou, esta investigación abre un nuevo camino para integrar el magnetismo de manera eficiente en la electrónica moderna.
Al igual que incorporar memoria en cada neurona del cerebro permite reacciones más rápidas y eficientes, dotar a cada transistor de memoria embebida podría hacer que los ordenadores del futuro operen con mucha mayor velocidad y menor consumo.
El estudio fue publicado en la revista Physical Review Letters, y representa un paso relevante en la transición hacia sistemas más compactos, veloces y sostenibles.
