Investigadores del Grupo ICN2, en la Universitat Autònoma de Barcelona, realizaron un trabajo internacional, publicado por la revista Nature Nanotechnology, informando que ha producido el primer sistema integrado flexoeléctrico microelectromecánico (MEMS) en silicio.
La revolución de la informática es sinónimo de la búsqueda tradicional de empacar más chips y aumentar la potencia de cálculo. Esta búsqueda se materializa en la famosa “ley de Moore”, que predice que el número de transistores por chip se duplica cada dos años y ha sido cierta por muy largo tiempo. Sin embargo, como la ley de Moore se acerca a su límite, una búsqueda en paralelo se está convirtiendo cada vez más importante. Esta última misión es apodada “más de Moore”, y su objetivo es añadir nuevas funcionalidades (no sólo a los transistores) dentro de cada chip mediante la integración de materiales inteligentes en la parte superior de la base de silicio ubicua e indispensable.
Entre estos llamados materiales inteligentes, los piezoeléctricos se destacan por su capacidad para convertir una deformación mecánica en una tensión (que puede ser utilizada para captar energía para alimentar a la batería) o, a la inversa, generar una deformación cuando se les aplica un voltaje (que se puede utilizar, por ejemplo, en los ventiladores piezoeléctricos para enfriar el circuito). Sin embargo, la integración de la piezoelectricidad con tecnología de silicio es extremadamente difícil. La gama de materiales piezoeléctricos para elegir es limitada, y los mejores piezoeléctricos son todos los materiales ferroeléctricos basados en plomo, y su toxicidad plantea serias preocupaciones. Además, sus propiedades piezoeléctricas son fuertemente dependientes de la temperatura, lo que dificulta su implementación en el entorno caliente de un procesador de un ordenador, cuya temperatura de la unión puede alcanzar hasta 150 C.
Existe, sin embargo, otra forma de acoplamiento electromecánico que permite a un material polarizarse en respuesta a una flexión mecánica, y por el contrario, se dobla en respuesta a un campo eléctrico. Esta propiedad se llama “flexoelectricidad,” y aunque se conoce desde hace casi medio siglo, se ha ignorado en gran medida debido a que es un efecto relativamente débil de poca importancia práctica a macroescala. Sin embargo, en la nanoescala, la flexoelectricidad puede ser igual o superior que la piezoelectricidad; esto es fácil de entender si tenemos en cuenta que es muy difícil la flexión de algo grueso, pero doblar algo delgado es muy fácil. Además, la flexoelectricidad ofrece muchas propiedades deseables: es una propiedad universal de todos los dieléctricos, lo que significa que no se necesita usar materiales a base de plomo tóxico, y la flexoelectricidad es más lineal e independiente de la temperatura de la piezoelectricidad de un ferroeléctrico.
Investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), un centro de investigación galardonado como Centro de Excelencia Severo Ochoa en el Campus de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), en colaboración con la Universidad de Cornell (EE.UU.) y la Universidad de Twente (Países Bajos), han logrado producir el primer sistema del mundo integrado flexoeléctrico microelectromecánico (MEMS) en silicio. Han encontrado que, a nanoescala, se mantienen los atributos deseables de la flexoelectricidad, mientras que la figura de mérito (curvatura de flexión dividido entre campo eléctrico aplicado) de su primer prototipo ya es comparable al de los mejores piezoeléctricos bimorfos. Además, la universalidad de la flexoelectricidad implica que todos los materiales dieléctricos que actualmente se utilizan en la tecnología de transistores también deben ser flexoeléctricos, proporcionando así una ruta elegante a la integración de funcionalidades “inteligentes” electromecánicas dentro de la tecnología de transistores ya existente.
Fuente: Umesh Kumar Bhaskar, Nirupam Banerjee, Amir Abdollahi, Zhe Wang, Darrell G. Schlom, Guus Rijnders, Gustau Catalan. A flexoelectric microelectromechanical system on silicon. Nature Nanotechnology, 2015; DOI: 10.1038/nnano.2015.260