De los tubos de vac¨ªo a los nanotubos

Hace poco supe el nombre de una persona a quien debo muchos ratos felices de mi ni?ez, all¨¢ por los a?os cincuenta: John Ambrose Fleming, profesor del University College en Londres e inventor de la v¨¢lvula termi¨®nica o diodo de vac¨ªo, cuya patente cumpli¨® ayer cien a?os.

Uno de mis primeros recuerdos es el de mi abuela haciendo punto con unos auriculares de telefonista antigua en los o¨ªdos. Los auriculares estaban conectados a un cacharro misterioso que llamaban radio de galena, hecho con una caja de puros y del que sal¨ªan voces que acaparaban la atenci¨®n de mi abuela y de las que s¨®lo ella disfrutaba. Por eso, fue una ocasi¨®n de j¨²bilo familiar el d¨ªa que mis padres compraron una caja parlante mucho mayor, que adem¨¢s de no necesitar auriculares contaba historias diferentes sin m¨¢s que girar una ruedecilla. A partir de ah¨ª, yo visit¨¦ a diario el mundo m¨¢gico de Diego Valor y de Superm¨¢n, y segu¨ª las aventuras de Matilde, Perico y Periqu¨ªn y los personajes de Pepe Iglesias el Zorro. Pasaba un minuto o dos desde que se enchufaba la caja hasta que sal¨ªa la voz cuando sal¨ªa, porque hab¨ªa veces en que se hab¨ªa "fundido una v¨¢lvula" y entonces no se o¨ªa nada. He tenido muchas otras radios desde entonces, mejores y m¨¢s ligeras, pero ninguna me ha sonado tan bien como aquella primera de tubos de vac¨ªo.

El procesador de un ordenador personal actual tiene cerca de 50 millones de transistores

Esta tecnolog¨ªa est¨¢ en una fase comparable a la del silicio a finales de los a?os cuarenta

El triodo fue decisivo para el desarrollo mete¨®rico de la radio y del tel¨¦fono

El diodo inventado por Fleming en 1904 era, en esencia, una bombilla que, adem¨¢s del filamento, ten¨ªa un segundo electrodo met¨¢lico que actuaba como lo hace una v¨¢lvula al paso de un l¨ªquido: al aplicar a ese electrodo un voltaje positivo con respecto al filamento circulaba una corriente entre los dos, pero ¨¦sta cesaba si se invert¨ªa el sentido del voltaje. Con este efecto rectificador, el diodo pod¨ªa captar las se?ales de radio, sustituyendo as¨ª a las inestables puntas met¨¢licas en contacto con un cristal de galena.

Dos a?os despu¨¦s, el ingeniero estadounidense Lee de Forest a?adi¨® al diodo de Fleming un tercer electrodo en forma de rejilla, que, igual que un grifo regula el caudal de agua, era capaz de producir grandes cambios en la corriente con s¨®lo aplicarle un peque?o voltaje. Hab¨ªa nacido el triodo, que adem¨¢s de rectificar, amplificaba se?ales el¨¦ctricas d¨¦biles, y que fue decisivo para el desarrollo mete¨®rico de la radio y del tel¨¦fono. En 1915 se inaugur¨® el servicio telef¨®nico entre Nueva York y San Francisco (a un precio por minuto equivalente a ?unos 150 euros de hoy!), y ese mismo a?o se transmiti¨® la primera conversaci¨®n entre Washington y Par¨ªs.

Los tubos de vac¨ªo dominaron los primeros 50 a?os de la electr¨®nica, incluyendo la televisi¨®n y los ordenadores digitales, aunque ya a finales de los a?os treinta algunos visionarios intu¨ªan la necesidad de reemplazar esos tubos por dispositivos menos fr¨¢giles, m¨¢s peque?os y de funcionamiento m¨¢s r¨¢pido y duradero. La respuesta fue el transistor, inventado en 1947 en Bell Laboratories. Los primeros transistores, de un material semiconductor llamado germanio, eran dif¨ªciles de usar; su funcionamiento era err¨¢tico y, a ocho d¨®lares cada uno, eran diez veces m¨¢s caros que los triodos a los que pretend¨ªan sustituir. Sin embargo, gracias a los cimientos cient¨ªficos que se hab¨ªan puesto, el progreso fue r¨¢pido: las primeras radios de transistores aparecieron en 1954, y en 1957 IBM introdujo el primer ordenador transistorizado.

Para entonces, los cient¨ªficos hab¨ªan descubierto las ventajas del silicio sobre el germanio, en especial su facilidad para formar un ¨®xido resistente, que resultar¨ªa vital para integrar varios transistores en un sustrato ¨²nico: la gran revoluci¨®n electr¨®nica estaba en marcha. Los microprocesadores de 1970 ten¨ªan alrededor de mil transistores, cada uno diez veces menor que el grueso de un cabello, mientras que el procesador de un ordenador personal actual tiene cerca de 50 millones de transistores y ¨¦stos son casi cien veces m¨¢s peque?os que los de hace 30 a?os.

Si la miniaturizaci¨®n sigue a este ritmo, y no hay raz¨®n para pensar lo contrario, en poco m¨¢s de diez a?os aparecer¨¢n barreras t¨¦cnicas y limitaciones f¨ªsicas infranqueables, pues cuando las dimensiones son unas decenas de nan¨®metros (un nan¨®metro es una mil millon¨¦sima de metro) los electrones se rigen por las esot¨¦ricas leyes de la mec¨¢nica cu¨¢ntica y los transistores convencionales dejan de funcionar. Anticipando el problema, los cient¨ªficos buscan posibles soluciones, por ejemplo el uso de mol¨¦culas org¨¢nicas o de fin¨ªsimos alambres de carbono llamados nanotubos, que pueden hacer las veces de transistores.

Los nanotubos fueron descubiertos fortuitamente en 1991 por Sumio Ijima, de la compa?¨ªa japonesa NEC, mientras analizaba con un microscopio electr¨®nico el holl¨ªn producido por una descarga el¨¦ctrica entre dos electrodos de carb¨®n. Podemos visualizar un nanotubo como una pel¨ªcula delgada de grafito larga y estrecha que se ha enrollado por sus extremos m¨¢s pr¨®ximos, como se liaban a mano los cigarrillos antiguamente, hasta formar un cilindro hueco de entre uno y tres nan¨®metros de di¨¢metro. Pese a su parentesco qu¨ªmico con el grafito, los nanotubos tienen propiedades totalmente distintas: son muy tenaces y, sorprendentemente, se comportan como metales o como semiconductores dependiendo de c¨®mo est¨¦n enrollados.

Desde 1998, en que aparecieron primitivos transistores que usaban nanotubos como canales para conducir la corriente, se ha avanzado deprisa, hasta el punto de haberse conseguido ya circuitos que hacen operaciones l¨®gicas sencillas con un solo nanotubo. Por ahora, fabricar uno de esos circuitos es una tarea tediosa y de resultado incierto; de ah¨ª a preparar circuitos m¨¢s complejos, de funcionamiento fiable y en grandes cantidades queda mucho trecho. Esta tecnolog¨ªa est¨¢ a¨²n en una fase comparable a la del silicio a finales de los a?os cuarenta, aunque si usamos el silicio como gu¨ªa tenemos razones para ser optimistas sobre su futuro.

Es probable que los nanotubos encuentren antes aplicaci¨®n comercial en otra ¨¢rea de la electr¨®nica: los monitores de televisi¨®n. Hasta ahora, el coraz¨®n de un monitor ha sido un enorme tubo de rayos cat¨®dicos, otro tipo de tubo de vac¨ªo de la ¨¦poca de Fleming, que a¨²n perdura. Explotando la capacidad de los nanotubos para emitir electrones cuando se les aplica un voltaje, varias compa?¨ªas, con la coreana Samsung a la cabeza, est¨¢n desarrollando monitores en los que el tubo de rayos cat¨®dicos se ha reemplazado por millones de nanotubos, que crean las im¨¢genes en la pantalla cuando los electrones chocan contra ella.

Un monitor de este tipo deber¨ªa ser plano y ligero, y aventajar¨ªa en muchos aspectos a los m¨¢s recientes del mercado: sus im¨¢genes ser¨ªan m¨¢s brillantes y de mejor resoluci¨®n que los de pantalla de cristal l¨ªquido y su consumo de energ¨ªa menor que los de plasma. A pesar de que quedan por resolver problemas t¨¦cnicos serios, Samsung conf¨ªa en tener a la venta monitores con nanotubos en dos a?os. Sin embargo, a la larga, m¨¢s a¨²n que las ventajas t¨¦cnicas, lo que decidir¨¢ su ¨¦xito o su fracaso ser¨¢ la capacidad para competir econ¨®micamente con otras alternativas.

No es f¨¢cil imaginarse a un hombre de mediana edad, dentro de 50 a?os recordando con nostalgia un mundo de transistores, pero, ?qui¨¦n sabe?, lo mismo podr¨ªa haberse pensado en 1950 de un mundo con v¨¢lvulas de vac¨ªo.

Emilio M¨¦ndez es catedr¨¢tico de la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook