- El semiconductor desarrollado en Princeton puede programarse y reprogramarse con luz.
- Las propiedades del nuevo material pueden ajustarse sin necesidad de reconstruirlo, superando el tradicional comportamiento binario.
- El equipo mostró una matriz de interruptores electrónicos programables, lo que evidencia el potencial del comportamiento controlado por luz.
- En el futuro, los dispositivos electrónicos podrán modificar su funcionalidad tras su fabricación, sin necesidad de rediseñar el semiconductor.
Investigadores de la Universidad de Princeton han desarrollado un semiconductor delgado que puede programarse, borrarse y reprogramarse con distintas longitudes de onda de luz. A diferencia de los semiconductores convencionales, cuyas propiedades eléctricas quedan prácticamente fijas tras su fabricación, este nuevo material puede ajustarse de forma repetida. El equipo combinó un semiconductor bidimensional con moléculas fotosensibles. Al ser expuestas a longitudes de onda específicas de luz, la estructura de estas moléculas cambia. Esa variación altera las propiedades electrónicas y ópticas del semiconductor, lo que permite controlar su respuesta sin necesidad de reconstruir el material.
Los investigadores señalan que, en última instancia, esto podría permitir que las funciones de los dispositivos electrónicos se modifiquen después de su fabricación, en lugar de quedar definidas de forma permanente durante el proceso productivo.
Una nueva forma de controlar semiconductores con luz
La luz ofrece una nueva vía de control sobre los semiconductores. El profesor asistente de Ingeniería Eléctrica e Informática y autor principal del estudio, Saien Xie, explicó: «El primer paso para crear un material inteligente es la capacidad de respuesta. Los sistemas vivos son muy inteligentes porque perciben y reaccionan continuamente a su entorno. Queremos crear un material que pueda responder de forma similar a estímulos externos, en lugar de quedar fijado de manera permanente». El material supera además el comportamiento binario propio de los interruptores electrónicos clásicos. Su respuesta no se limita a representar estados de encendido o apagado, sino que puede ajustarse de forma gradual y, posteriormente, invertir su estado mediante luz.
Ji señaló: «Podemos ajustar gradualmente la respuesta del material y luego invertir el proceso». Esa capacidad surge de la interacción entre el semiconductor y las moléculas adheridas a él. Modificar la estructura de las moléculas altera la conductividad del semiconductor y su respuesta a la luz, lo que brinda a los investigadores una vía para ajustar dinámicamente sus propiedades.
El potencial de los dispositivos electrónicos programables
Este trabajo resulta especialmente relevante para los dispositivos electrónicos programables, ya que modificar el comportamiento de un dispositivo suele exigir hardware o circuitos diferentes. El equipo de investigación ya fabricó una pieza uniforme de semiconductor de 1 pulgada cuadrada. A partir de ese material, los investigadores construyeron una serie de interruptores electrónicos programables, lo que demuestra que el comportamiento controlado por luz puede incorporarse a estructuras funcionales y no limitarse a muestras de laboratorio a pequeña escala. El siguiente paso consistirá en conectar esos interruptores en circuitos. Los circuitos son los bloques fundamentales para crear sistemas electrónicos más complejos, de modo que demostrar un circuito funcional acercará esta tecnología a dispositivos prácticos.
Los investigadores prevén que los dispositivos electrónicos puedan modificarse una vez que abandonan la línea de producción. Esto permitiría que un mismo hardware asuma funciones diferentes, sin necesidad de diseñar un semiconductor completamente nuevo para cada aplicación. Xie señaló: «Nuestra visión a largo plazo es construir dispositivos electrónicos cuyas funciones ya no queden fijadas durante el proceso de fabricación. Queremos diseñar dispositivos cuyas propiedades puedan reconfigurarse dinámicamente tras la producción. Este trabajo representa un paso importante hacia esa meta». El enfoque se encuentra aún en una fase temprana de investigación. Las demostraciones actuales muestran interruptores semiconductores programables, mientras que la integración a mayor escala en circuitos integrados y dispositivos electrónicos completos sigue siendo un objetivo por alcanzar.
Si esta tecnología logra escalar, la luz podría ofrecer un nuevo método para controlar las propiedades de los semiconductores sin necesidad de modificar físicamente el material base. Esto abriría el camino a dispositivos electrónicos más adaptables que los chips actuales de funcionalidad fija.
El estudio, titulado «Large-area, light-programmable 2D semiconductors functionalized with photochromic molecules», se publicó en la revista Science Advances.
Perspectivas futuras de los semiconductores programables con luz
Esta investigación muestra el potencial de controlar las propiedades de los semiconductores mediante luz, lo que no solo podría aumentar la flexibilidad de los dispositivos electrónicos, sino también reducir la necesidad de nuevo hardware. A medida que la tecnología avance, es probable que los futuros dispositivos electrónicos sean más inteligentes y capaces de ajustar dinámicamente sus funciones en función de los cambios del entorno. En un mercado tecnológico en rápida evolución, esto se traduce en una mayor adaptabilidad y eficiencia, y podría transformar nuestra comprensión básica del diseño de dispositivos electrónicos.