Investigadores de la Universidad de Princeton desarrollaron un semiconductor delgado que se puede programar, borrar y volver a programar usando distintas longitudes de onda de luz. A diferencia de los semiconductores convencionales, cuyas propiedades eléctricas quedan en gran medida fijas una vez que termina la fabricación, este material nuevo se puede ajustar de forma repetida.
El equipo combinó un semiconductor bidimensional con moléculas sensibles a la luz. Al exponerlas a longitudes de onda específicas, las moléculas cambian su estructura. Ese cambio altera las propiedades electrónicas y ópticas del semiconductor, lo que permite controlar su respuesta sin tener que reconstruir el material.
Los investigadores plantean que esto podría derivar en electrónica cuyas funciones se cambien después de la manufactura, en vez de quedar determinadas de manera permanente durante la fabricación.
La luz entrega un control nuevo sobre el semiconductor
"El primer paso para crear materiales inteligentes es la capacidad de respuesta", dijo Saien Xie, profesor asistente de ingeniería eléctrica y computación y autor principal del trabajo. "Los sistemas vivos son extremadamente inteligentes, porque sienten y responden continuamente a su entorno. Queríamos crear un material que pudiera responder de forma similar a estímulos externos, en lugar de permanecer fijo para siempre."
El material además se sale del comportamiento binario que se asocia con los interruptores electrónicos convencionales. En vez de representar simplemente un estado encendido o apagado, su respuesta se puede ajustar de a poco y después revertir con luz.
"En lugar de cambiar directamente de cero a uno, podemos ajustar gradualmente la respuesta del material y luego revertir el proceso", dijo Ji.
Esa capacidad viene de la interacción entre el semiconductor y las moléculas que tiene adheridas. Cambiar la estructura de las moléculas cambia la forma en que el semiconductor conduce electricidad y responde a la luz, lo que le da a los investigadores una manera de ajustar sus propiedades de forma dinámica.
El trabajo podría resultar útil sobre todo para la electrónica programable, donde cambiar el comportamiento de un dispositivo normalmente exige hardware o circuitería distintos.
¿Qué tan grande es el material que lograron fabricar?
El equipo ya produjo una pieza uniforme del semiconductor que mide una pulgada cuadrada. Con ese material, los investigadores construyeron arreglos de interruptores electrónicos programables. Con eso demostraron que el comportamiento controlado por luz se puede incorporar a estructuras funcionales, y no queda limitado a muestras pequeñas de laboratorio.
El paso siguiente es conectar esos interruptores en un circuito. Los circuitos son los bloques básicos con los que se arman sistemas electrónicos más complejos, así que demostrar uno funcionando acercaría la tecnología a dispositivos prácticos.
Electrónica que cambia de función después de salir de fábrica
Los investigadores imaginan aparatos que se puedan modificar una vez que dejan el proceso de manufactura. Eso permitiría que el mismo hardware asuma funciones distintas sin exigir un diseño de semiconductor nuevo para cada aplicación.
"Nuestra visión de largo plazo es construir electrónica cuya funcionalidad ya no quede fija durante la fabricación", dijo Xie. "En cambio, queremos dispositivos cuyas propiedades se puedan reconfigurar dinámicamente después de fabricados. Este trabajo demuestra un paso importante hacia esa meta."
El enfoque sigue en una etapa temprana de investigación. La demostración actual muestra interruptores semiconductores programables, mientras que los circuitos integrados más grandes y los dispositivos electrónicos completos quedan como objetivos futuros.
El estudio, titulado "Large-area, photo-programmable 2D semiconductors with chromic molecular functionalization", se publicó en Science Advances.
