Por: José Octavio Camelo Romero
Y, ¿Cuál es la Era Cuántica? La respuesta es compleja, pues es la Era en la que encontramos cosas anti-intuitivas, como una partícula que puede estar en varias posiciones al mismo tiempo, o dos partículas separadas por miles de millones de kilómetros una de la otra, y, que, al interactuar sobre una, la otra responde en el mismo sentido. Ese es el mundo Cuántico.
Y ¿Cómo es que nos desarrollaremos en ese Mundo Anti-intuitivo? A través del desarrollo de la fabricación, de la educación y de investigación de los Semiconductores. Tarea que la presidenta Claudia Sheinbaum Pardo ha dejado explícitamente a la nación mexicana.
Estamos hablando de una ciencia que nació en el siglo pasado, en el siglo XX.
Max Planck inventó la teoría cuántica en 1900. Y en esa época los físicos no podían responder a la pregunta “¿Cuál es la naturaleza de la luz emitida por una llama o cualquier otro cuerpo caliente?” Sabían que la luz era una onda electromagnética generada por partículas cargadas eléctricamente, como los electrones, pero el problema era que los cálculos que usaban para aplicar esta teoría contradecían los resultados del laboratorio del espectro de luz generado por objetos calientes. Sin embargo, el planteamiento de Planck resolvía el problema. Y
pensó que su solución solo era un truco matemático. Pero su “truco” explicaba por qué los físicos de la época no podían responder a esta pregunta:
Planck probó varias soluciones para resolver el problema antes de dar con la idea de que la luz es emitida por medio de energías “cuánticas”, múltiplos exactos de cierta cantidad mínima, o “cuanto”. Y produjo el espectro correcto de luz de un cuerpo caliente, lo que le valió el Premio Nobel en 1918. Después, Albert Einstein y Niels Bohr obtuvieron sus propios premios Nobel al extender el trabajo de Planck. Einstein mostró que la luz viene en discretos paquetes de energía, luego llamados fotones, y Bohr planteó que los electrones en un átomo absorben o emiten fotones al tiempo que brincan entre niveles de energía cuántica.
Fue asombroso encontrar que el mundo operaba de esta extraña manera. Ahora se sabe que los saltos cuánticos y todo lo demás son reales. Pero, ¿por qué la humanidad no notó los “cuantos” hasta 1900? Porque hablamos de una cantidad de energía muy pequeña. Incluso el febril brillo de una vela representa un torrente de fotones, esto es trillones por segundo.
Pero, ¿Qué son los semiconductores y cómo participa la Teoría Cuántica en ellos?
Los semiconductores son materiales que pueden actuar como conductores o aislantes eléctricos, dependiendo de las condiciones. Se fabrican a partir de materiales como el silicio, el germanio, el azufre, el boro o el cadmio. El proceso de fabricación es complejo. Están formados por átomos que se unen entre sí de manera regular. Los electrones que rodean a cada átomo son parte de un enlace covalente, que consiste en que dos átomos comparten un solo electrón. En la fabricación de semiconductores se siguen varios pasos. El punto de partida es la obtención del Lingote de silicio puro para cortarlo en obleas. Se pulen las obleas y se crea un patrón de circuito en ellas. Se corta la oblea en chips y luego se unen los chips con alambre metálico. Y finalmente se sellan los chips con moldeo. Todo ese proceso es la tarea que la presidenta le ha dejado a los mexicanos. Aunque parece sencilla, no lo es.
Por su parte, la mecánica cuántica explica el comportamiento de los electrones en los semiconductores, lo que permite el desarrollo de dispositivos electrónicos innovadores.
Los semiconductores son la base de la mayoría de los dispositivos electrónicos, como los transistores, los diodos y los circuitos integrados.
La mecánica cuántica es fundamental para entender cómo funcionan los semiconductores.
La mecánica cuántica permite explicar el efecto fotoeléctrico, que es la forma en que los materiales emiten electrones cuando reciben luz.
La mecánica cuántica permite explicar el efecto de tunelización cuántica, que se utiliza en los chips de memoria flash de las unidades USB.
La mecánica cuántica también se utiliza en la computación cuántica, que se basa en la manipulación de información cuántica en materiales semiconductores.
Desde luego que la fabricación de semiconductores es una actividad estratégica para la tecnología de la era cuántia.