Electrones y fotones en Nanolandia

El premio Nobel de F¨ªsica del a?o 2000 se ha concedido a tres investigadores (Alferov, Kroemer y Kilby) por sus contribuciones a uno de los campos m¨¢s activos de esta rama de la ciencia: la F¨ªsica de Semiconductores. Han sido galardonados por sus trabajos que cubren desde aplicaciones tecnol¨®gicas hasta aspectos fundamentales, tanto experimentales como te¨®ricos. Este premio Nobel es un ejemplo m¨¢s de como la investigaci¨®n b¨¢sica es crucial para el desarrollo tecnol¨®gico de la sociedad.Hasta principio de los a?os 50, las radios funcionaban con v¨¢lvulas. La electr¨®nica moderna nace con el invento del transistor, caracterizado por su bajo consumo, fiabilidad, larga duraci¨®n y menor producci¨®n de calor. En esa d¨¦cada, la industria desarroll¨® circuitos cada vez m¨¢s complejos que conten¨ªan transistores, diodos, rectificadores, etc¨¦tera. Sin embargo, todav¨ªa quedaba el problema de la interconexi¨®n entre estos elementos. Aqu¨ª es donde Jack Kilby interviene dise?ando un circuito integrado, con las interconexiones incluidas en el propio sistema. El 12 de septiembre de 1958 present¨® el primer circuito, que integraba todos los componentes, y que era m¨¢s peque?o que un clip. Las posteriores reducciones de tama?o de los circuitos integrados han permitido el desarrollo de la microelectr¨®nica que facilita nuestra vida cotidiana llena de ordenadores, radio, televisi¨®n, tel¨¦fonos y dem¨¢s.

Toda este desarrollo se bas¨® fundamentalmente en la utilizaci¨®n de un ¨²nico material semiconductor: el silicio. El silicio, sin embargo, tiene sus limitaciones, en particular su escasa capacidad de emitir o absorber luz. Este problema se solvent¨® con el empleo de uniones de diferentes semiconductores (por ejemplo, arseniuro de galio/arseniuro de galio y aluminio). La contribuci¨®n primordial del bielorruso Alferov y del americano Kroemer consisti¨® en la propuesta de las doble uniones, creando nuevos caminos para el desarrollo de los l¨¢seres de semiconductores. Esa fue la idea b¨¢sica que abri¨® la puerta al mundo de la optoelectr¨®nica, omnipresente en nuestra sociedad a trav¨¦s de los lectores ¨®pticos de los supermercados, los discos compactos, los medios masivos de almacenamiento de informaci¨®n, etc¨¦tera, etc¨¦tera.

Todos estos pasos han conducido a la fabricaci¨®n de uniones semiconductoras con un alto grado de complejidad y a la realizaci¨®n de nano-estructuras (con tama?os del orden de una mil millon¨¦sima de metro): pozos, hilos y puntos cu¨¢nticos. Estos ¨²ltimos son aut¨¦nticos ¨¢tomos artificiales de dise?o que permiten la obtenci¨®n de nuevos l¨¢seres y diodos de alta potencia y bajo consumo, con los que es posible elegir el color de la luz emitida, y que de nuevo supondr¨¢n una revoluci¨®n ecol¨®gica por su ahorro energ¨¦tico.

La pr¨®xima frontera a nuestro alcance es el manejo de la ¨²ltima caracter¨ªstica cu¨¢ntica del electr¨®n: su esp¨ªn. Las uniones de semiconductores magn¨¦ticos son la base del nuevo mundo de la espintr¨®nica y la informaci¨®n cu¨¢ntica. Las aportaciones de los reci¨¦n galardonados han sido esenciales en este largo camino.

Carlos Tejedor, Luis Vi?a y F¨¦lix Yndurain son profesores de la Universidad Aut¨®noma de Madrid.