Condensadores con capacidad negativa

Un estudio encuentra el origen microscópico de la capacidad negativa, una exótica propiedad electrónica que aparece en ciertos materiales. El hallazgo augura el diseño de nuevos transistores más eficientes.

Remolinos de polarización: Mapa microscópico de la polarización (flechas amarillas) en capas de titanato de plomo y titanato de estroncio. La inusual reacción de estos materiales ante un campo externo genera zonas donde la capacidad eléctrica es negativa, un fenómeno considerado imposible hasta hace pocos años. [Cortesía de Ramamoorthy Ramesh, Universidad de California en Berkeley]

Todos los aparatos electrónicos que nos rodean se basan en el uso de transistores: diminutos dispositivos de mecanismo aparentemente simple. Un transistor puede entenderse como un pequeño interruptor con dos posiciones: «encendido» (permite la circulación de corriente) y «apagado» (no la permite). Una combinación adecuada de ellos permite implementar cualquier operación lógica. Su descubrimiento, efectuado en los años cuarenta del siglo pasado por John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley en los Laboratorios Bell, fue reconocido en 1956 con el premio Nobel de física y supuso el inicio de la revolución tecnológica de la que disfrutamos hoy.

Desde sus comienzos, la industria microelectrónica se ha obsesionado con integrar un número cada vez mayor de transistores en los circuitos. Esta carrera por la miniaturización se resume en la conocida ley de Moore, enunciada en 1965 por Gordon Moore, cofundador de Intel, y según la cual el número de transistores en un circuito se duplica aproximadamente cada dos años.

En la actualidad, las dimensiones de estos componentes electrónicos se sitúan entre los 15 y los 50 nanómetros, una escala en la que los efectos cuánticos comienzan a ser relevantes. Como consecuencia, un procesador moderno puede llegar a albergar miles de millones de transistores.

Sin embargo, ese aumento en el número de componentes por circuito tiene un coste asociado: la disipación de calor. Aunque cada transistor desprende una cantidad minúscula de energía (en torno a 10–16 julios en cada activación), cuando sumamos las contribuciones de miles de millones de ellos la cantidad final no resulta nada despreciable. Aliviar esa disipación constituye uno de los principales retos a los que se enfrenta hoy en día la industria microelectrónica.

Este año se ha logrado un paso importante en esa dirección. En un estudio publicado en Nature, grupos de la Universidad de California en Berkeley, Cornell, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Luxemburgo y la Universidad de Cantabria hemos abordado el origen de un fenómeno que, a primera vista, parece contradecir las leyes de la termodinámica: la aparición de estados con capacidad eléctrica negativa. Este resultado ofrece una vía actualmente en su infancia desde el punto de vista de la investigación básica para aumentar la eficiencia de los transistores, disminuir el calor que disipan y continuar por la senda de la miniaturización.