Investigadores subvencionados por la Unión Europea están desarrollando nanomateriales compuestos y nanocircuitos electrónicos destinados a mejorar el rendimiento energético, térmico y computacional
Dotados de propiedades mejoradas, como una mayor dureza, ligereza, conductividad eléctrica y reactividad química, los nanomateriales se emplean de manera habitual en áreas como las TIC, la energía o la medicina. Por ejemplo, se han logrado sintetizar nanotubos, nanovarillas y nanohilos con tamaño, estructura y composición química distintos e integrarlos en diversos dispositivos mecánicos, electromecánicos, eléctricos y optoelectrónicos.
Los nanomateriales, definidos como materiales con, al menos, una dimensión externa comprendida entre 1 y 100 nm, o cuyas estructuras internas miden, a lo sumo, 100 nm, desempeñan un papel crucial en los teléfonos móviles, chips informáticos, baterías, aparatos autónomos y robótica de última generación. Por ello, es importante saber qué conjunto de propiedades estructurales y eléctricas dotan a estos materiales de un mejor comportamiento para una aplicación concreta. Así, científicos e ingenieros se centran cada vez más en desarrollar nanomateriales que ofrezcan una mayor eficiencia energética. Sin embargo, cuanto más disminuye el tamaño de los nanomateriales, más difícil resulta reducir el calor que generan durante el procesamiento de información.
El proyecto ENIGMA, financiado con fondos europeos, se ha venido ocupando de estas cuestiones. Su puesta en marcha pretendía explorar «las relaciones entre estructura y propiedades de materiales nanoestructurados multifuncionales elaborados», como se indica en la página web del proyecto. «Este [ENIGMA] se centra en cómo redistribuir la electricidad de manera eficiente a escala minúscula mediante el aprovechamiento de unos avances nanotecnológicos que están abriendo nuevas posibilidades y aplicaciones consideradas imposibles hasta hace pocos años», según un artículo en la página web de la Comisión Europea.
Según se apunta en dicho artículo, los investigadores implicados en el proyecto «desarrollaron un “condensador negativo” estático y permanente, un dispositivo considerado imposible hace apenas una década. Mientras los diseños anteriores de condensadores negativos partían de una base temporal y transitoria, el condensador negativo desarrollado por ENIGMA es el primero que opera como un dispositivo reversible en régimen permanente». El término capacitancia alude a la cantidad de energía eléctrica potencial almacenada o emitida para un valor dado del potencial eléctrico.
El mismo artículo añade: «El enfoque propuesto aprovecha las propiedades de los materiales ferroeléctricos, cuya polarización espontánea puede revertirse mediante un campo eléctrico externo. Un aumento en la carga del condensador positivo trae consigo un aumento del voltaje. Al condensador negativo le ocurre justo lo contrario: al aumentar la carga se disminuye su voltaje». La combinación de dos condensadores «permite distribuir la electricidad a aquellas regiones del circuito que necesitan un mayor voltaje, mientras el circuito en su totalidad funciona con un voltaje menor». Esto supone un avance crucial, pues permite abordar problemas de sobrecalentamiento que afectan al rendimiento de los circuitos informáticos convencionales. «A partir de este hallazgo, estamos desarrollando una plataforma práctica que nos permita implementar dispositivos de ultra baja potencia para el procesamiento de información», afirma el investigador principal de ENIGMA Igor Lukyanchuk.
Mejorar el rendimiento de los procesadores traerá consigo una mejora en la eficiencia energética de los teléfonos inteligentes y otros sistemas electrónicos. Asimismo, el proyecto ENIGMA (Engineering of Nanostructures with Giant Magneto-Piezoelectric and Multicaloric Functionalities), cuya fecha de finalización está programada para finales de 2021, contribuirá a que los científicos diseñen nuevas nanoestructuras para futuros materiales fotovoltaicos. «Los resultados de ENIGMA prometen abrir un gran número de nuevas oportunidades y posibilidades para las industrias de alta tecnología, sobre todo a la hora de abordar los actuales problemas ligados al consumo y recolección de energía, con aplicaciones en diversos ámbitos», asegura el artículo de la Comisión Europea.
