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Dos moléculas rotaxane (derecha) y detalle de la memoria ultra densa de 160 kilo-bit (izquierda). UCLA.
Un grupo de investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y químicos del Instituto Tecnológico de California han presentado una demostración a gran escala de una nueva memoria informática ultra densa que guarda información usando un interruptor molecular. Los resultados de la investigacion han sido publicados en el último número de la revista Nature.
La investigación ha sido co-dirigida por Richard Stoddart , director del California NanoSystems Institut (CNSI) y James R. Heath, profesor de química del Instituto Tecnológico de California. En el artículo, los artífices describen la fabricación y el funcionamiento de un interruptor de tamaño molecular que podría acelerar la sustitución de los ordenadores actuales por una nueva generación de ordenadores moleculares.
Según explican, esta investigación es importante porque es la primera vez que se construye una memoria molecular en un chip con una alta densidad que funciona en una arquitectura en la que es obvio cómo la información puede ser escrita y leída.
La nueva memoria tiene una capacidad 160 kilobit y ha sido fabricada con una densidad de 100.000.000.000 bits por centímetro cuadrado usando moléculas entrelazadas. Un bit es la unidad mínima de información empleada en informática en cualquier dispositivo digital. Un kilobit corresponde a 1.000 bits y es la medida que se utiliza habitualmente para medir la cantidad de datos transferidos en un segundo entre dos puntos telecomunicados.
Quince años de adelanto
“Nuestra meta no era demostrar una tecnología robusta, sino que se pueden construir circuitos electrónicos con una densidad que los más optimistas no pensaban que fuera posible usar hasta dentro de diez o quince años”, afirma Heath en un comunicado difundido por la UCLA.
Stoddart y Heath son pioneros en el campo de la electrónica molecular y en la utilización de moléculas a nanoescala como componente principal en ordenadores y otros aparatos electrónicos. El equipo de Stoddart lleva desarrolllando investigaciones de este tipo veinticinco años, que han sido la base de este importante avance. Por su parte, los ingenieros químicos que trabajan junto a Heath lideran la fabricación mundial de nanocables.
Rotaxane
La memoria se basa en series de nanocables perpendiculares que se cruzan formando una estructura similar a la de un tablero de tres en raya. Esas series están formadas por 400 cables en la parte superior y otros 400 que cruzan los anteriores en la parte superior del tablero.
En cada una de las intersecciones del tablero se asientan unas 300 moléculas rotaxane que sirven como elemento de almacenaje. Una rotaxane es una molécula con forma de pesa en la que se inserta otra con forma de círculo (llamada macrocycle).
Estas moléculas pueden ser intercambiadas entre dos estados diferentes y cada empalme de las barras que se cruzan puede ser dirigida de manera individual controlando los voltajes aplicados sobre el nanocable superior o inferior adecuado. De esta manera, se forma un bit en cada uno de los nanocables que se cruzan.
Un primer paso
“Para que se puedan comercializar este tipo de memorias han de resolverse primero muchos problemas en los procesos de nanofabricación”, advierte Richard Stoddart. “El uso de moléculas rotaxane como unidad de almacenamiento de información promete una escalabilidad hacia esa densidad y quizá más”, puntualiza Stoddart. Esta investigación es, en cualquier caso un primer paso, ya que hay que despejar algunas dudas sobre cómo funcionaran estas memorias de alta densidad en un periodo de tiempo prolongado.
Esta investigación es la culminación de un sueño que consistía en pensar que las moléculas rotaxane podrían llegar a ser usadas para almacenar información. “Hemos demostrado que, si un cable se rompe, los bits que no han sido afectados pueden funcionar todavía. En consecuencia, esta arquitectura es un gran ejemplo de “defecto de tolerancia”, que es un hecho fundamental tanto en la nanociencia como en la resolución de problemas en la industria de los semiconductores”, dice Stoddart.
La predicción de Feynemann
El desarrollo de esta memoria, que según sus creadores afectará a la industria informática espectacularmente, ha sido financiada principalmente por la Defense Advanced Researche Projects Agency, la organización encargada de la I+D del Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
Según Stoddart, los interruptores moleculares serán el punto de partida de otras nuevas tecnologías más allá del ordenador molecular. Sectores como el sanitario, las energías alternativas o la seguridad serán los primeros en beneficiarse.
“En 1959 el físico Richard Feynemann dijo que algún día sería posible almacenar la Enciclopedia Británica en la punta de una uña. Bien, ese momento no está ya muy lejos”, asegura Stoddart.
La investigación ha sido co-dirigida por Richard Stoddart , director del California NanoSystems Institut (CNSI) y James R. Heath, profesor de química del Instituto Tecnológico de California. En el artículo, los artífices describen la fabricación y el funcionamiento de un interruptor de tamaño molecular que podría acelerar la sustitución de los ordenadores actuales por una nueva generación de ordenadores moleculares.
Según explican, esta investigación es importante porque es la primera vez que se construye una memoria molecular en un chip con una alta densidad que funciona en una arquitectura en la que es obvio cómo la información puede ser escrita y leída.
La nueva memoria tiene una capacidad 160 kilobit y ha sido fabricada con una densidad de 100.000.000.000 bits por centímetro cuadrado usando moléculas entrelazadas. Un bit es la unidad mínima de información empleada en informática en cualquier dispositivo digital. Un kilobit corresponde a 1.000 bits y es la medida que se utiliza habitualmente para medir la cantidad de datos transferidos en un segundo entre dos puntos telecomunicados.
Quince años de adelanto
“Nuestra meta no era demostrar una tecnología robusta, sino que se pueden construir circuitos electrónicos con una densidad que los más optimistas no pensaban que fuera posible usar hasta dentro de diez o quince años”, afirma Heath en un comunicado difundido por la UCLA.
Stoddart y Heath son pioneros en el campo de la electrónica molecular y en la utilización de moléculas a nanoescala como componente principal en ordenadores y otros aparatos electrónicos. El equipo de Stoddart lleva desarrolllando investigaciones de este tipo veinticinco años, que han sido la base de este importante avance. Por su parte, los ingenieros químicos que trabajan junto a Heath lideran la fabricación mundial de nanocables.
Rotaxane
La memoria se basa en series de nanocables perpendiculares que se cruzan formando una estructura similar a la de un tablero de tres en raya. Esas series están formadas por 400 cables en la parte superior y otros 400 que cruzan los anteriores en la parte superior del tablero.
En cada una de las intersecciones del tablero se asientan unas 300 moléculas rotaxane que sirven como elemento de almacenaje. Una rotaxane es una molécula con forma de pesa en la que se inserta otra con forma de círculo (llamada macrocycle).
Estas moléculas pueden ser intercambiadas entre dos estados diferentes y cada empalme de las barras que se cruzan puede ser dirigida de manera individual controlando los voltajes aplicados sobre el nanocable superior o inferior adecuado. De esta manera, se forma un bit en cada uno de los nanocables que se cruzan.
Un primer paso
“Para que se puedan comercializar este tipo de memorias han de resolverse primero muchos problemas en los procesos de nanofabricación”, advierte Richard Stoddart. “El uso de moléculas rotaxane como unidad de almacenamiento de información promete una escalabilidad hacia esa densidad y quizá más”, puntualiza Stoddart. Esta investigación es, en cualquier caso un primer paso, ya que hay que despejar algunas dudas sobre cómo funcionaran estas memorias de alta densidad en un periodo de tiempo prolongado.
Esta investigación es la culminación de un sueño que consistía en pensar que las moléculas rotaxane podrían llegar a ser usadas para almacenar información. “Hemos demostrado que, si un cable se rompe, los bits que no han sido afectados pueden funcionar todavía. En consecuencia, esta arquitectura es un gran ejemplo de “defecto de tolerancia”, que es un hecho fundamental tanto en la nanociencia como en la resolución de problemas en la industria de los semiconductores”, dice Stoddart.
La predicción de Feynemann
El desarrollo de esta memoria, que según sus creadores afectará a la industria informática espectacularmente, ha sido financiada principalmente por la Defense Advanced Researche Projects Agency, la organización encargada de la I+D del Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
Según Stoddart, los interruptores moleculares serán el punto de partida de otras nuevas tecnologías más allá del ordenador molecular. Sectores como el sanitario, las energías alternativas o la seguridad serán los primeros en beneficiarse.
“En 1959 el físico Richard Feynemann dijo que algún día sería posible almacenar la Enciclopedia Británica en la punta de una uña. Bien, ese momento no está ya muy lejos”, asegura Stoddart.
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