El avance de la tecnología exige la creación de sensores cada vez más pequeños y más eficientes. Sin embargo, a veces esto puede ser realmente difícil de conseguir.

Con esto en mente, un equipo de científicos acaba de aprovechar uno de los fenómenos más interesantes de la mecánica cuántica: el efecto túnel. De esta manera, consiguieron un dispositivo que puede funcionar por sí solo durante más de un año.

El estudio, liderado por Shantanu Chakrabartty de la Universidad de Washington, fue publicado en Nature Communications.

Atravesando una colina

Imagina que para llegar de un punto A a un punto B debes cruzar una colina. «Si quieres llegar al otro lado, tienes que subir físicamente la colina”, explicó Chakrabartty. Sin embargo, cuando hablamos de electrones, debemos superar un obstáculo: la energía umbral.

«Imagina que hay una manzana colgando de un árbol», dijo Chakrabartty. «Puedes sacudir el árbol un poco, pero la manzana no se cae. Tienes que sacudirlo lo suficiente para que la manzana finalmente caiga». Este movimiento es similar a un umbral de energía.

En otras palabras, necesitamos una cantidad mínima de energía para mover electrones y generar corriente. Esto es un problema si queremos trabajar con energías menores que la del umbral para obtener un dispositivo más eficiente.

En ese sentido, el equipo de investigación ideó una solución asombrosa: en lugar de subir la colina, tal vez podamos atravesarla. “La construcción de túneles cuánticos es más como atravesar la colina”, explicó Chakrabartty.

La belleza de esto, dijo, es que cuando la colina tiene una forma determinada, se presentan propiedades dinámicas únicas que podrían durar años.

En este caso, la «colina» es en realidad una barrera llamada túnel cuántico de Fowler-Nordheim. Esta se coloca entre la placa de un condensador y un material semiconductor; y tiene menos de 100 átomos de espesor.

Al construir la barrera de cierta manera, dijo Chakrabartty, «puedes controlar el flujo de electrones. Puedes hacerlo razonablemente lento, hasta un electrón por minuto y aún así mantenerlo confiable». A este ritmo, el sistema puede funcionar, sin baterías, durante más de un año.

Posibles aplicaciones

El dispositivo es bastante simple y económico de construir, solo consiste en cuatro condensadores y dos transistores. A partir de estas seis partes, el equipo de Chakrabartty construyó dos sistemas dinámicos, cada uno con dos condensadores y un transistor. Además, agregaron un transductor (convertidor de energía) a uno de los dos sistemas.

Las aplicaciones son realmente variadas: desde el monitoreo continuo de niveles de glucosa dentro del cuerpo humano hasta posiblemente el monitoreo de la actividad neuronal. Todo esto sin necesitar baterías.

«En este momento, la plataforma es genérica», dijo Chakrabartty. «Depende de lo que se acople al dispositivo. Siempre que tenga un transductor que pueda generar una señal eléctrica, puede autoalimentar nuestro sensor-registrador de datos».