Científicos de Tel Aviv desarrollan cristal bidimensional para almacenar datos con alta densidad usando electrones polares.
Tecnología israelí logra almacenamiento en cristal bidimensional
Investigadores de la Universidad de Tel Aviv han desarrollado un sistema de almacenamiento de datos basado en un cristal de solo dos átomos de espesor. Este avance, publicado en Nature Nanotechnology en julio de 2021, utiliza un material bidimensional compuesto por capas de boro y nitrógeno organizadas en una estructura hexagonal. Mediante la manipulación de electrones en estados polares, el sistema permite codificar información en un espacio extremadamente reducido, alcanzando una densidad de datos sin precedentes.
El equipo, liderado por Moshe Ben Shalom del Departamento de Física y Astrofísica, logró romper la simetría del cristal al ensamblar dos capas en una configuración paralela. “Los electrones se reordenan en un modo polar, y uno puede incluir información en el sistema”, explicó Ben Shalom. Esta polarización permite que los electrones túnelen cuánticamente a través de barreras de pocos átomos, facilitando la escritura y lectura rápida de datos.
El sistema utiliza un material bidimensional conocido como nitruro de boro hexagonal, similar al grafeno pero con propiedades aislantes. Al apilar dos capas sin rotación, los investigadores crearon una polarización estable que puede alternar entre dos estados, representando los bits binarios de “1” y “0”. Este mecanismo promete mejorar la velocidad, densidad y eficiencia energética de dispositivos electrónicos.
Mayaan Vizner Stern, coautora del estudio, destacó que “utilizamos dos capas reorientadas para romper la simetría del entramado, lo que permite la polarización entre las capas”. Este enfoque elimina la necesidad de componentes voluminosos, abriendo la puerta a dispositivos más compactos y rápidos, como memorias no volátiles de próxima generación.
Datos clave sobre el sistema de almacenamiento bidimensional
- Material: Nitruro de boro hexagonal, apilado en dos capas de un átomo de espesor cada una.
- Mecanismo: Polarización eléctrica mediante reordenamiento de electrones en estados polares.
- Aplicaciones: Memorias no volátiles, dispositivos electrónicos compactos, computación de alta velocidad.
- Publicación: Nature Nanotechnology, julio de 2021, por equipo de la Universidad de Tel Aviv.
- Ventaja energética: Bajo consumo gracias al túnel cuántico de electrones.
Desarrollo del cristal bidimensional en Israel
El proyecto se originó en el laboratorio de Ben Shalom en la Universidad de Tel Aviv, donde los investigadores exploraban el comportamiento de electrones en materiales sólidos. A diferencia de los cristales tridimensionales tradicionales, que contienen millones de átomos, este sistema reduce el grosor a solo dos átomos. La configuración permite que los electrones salten eficientemente a través de barreras atómicas, optimizando el rendimiento de los dispositivos.
El nitruro de boro hexagonal, usado en el experimento, presenta una estructura estable que resiste fuerzas repulsivas entre átomos de carga idéntica. Los investigadores lograron alinear las capas en una superposición perfecta, creando un dipolo eléctrico que puede cambiar de estado mediante campos eléctricos externos. Este proceso permite almacenar información de manera no volátil, es decir, sin perder datos al apagar el dispositivo.
El avance se basa en principios de física cuántica, específicamente en el fenómeno de túnel cuántico. Los electrones, al atravesar barreras de pocos átomos, mantienen la integridad de la información codificada. Este mecanismo reduce el consumo energético en comparación con tecnologías de almacenamiento convencionales, como discos duros o memorias flash.
El equipo de Tel Aviv colaboró con expertos en microscopía de efecto túnel para verificar la polarización del cristal. Los resultados confirmaron que el sistema puede alternar entre estados polares con alta precisión, lo que lo hace viable para aplicaciones en electrónica de consumo y computación avanzada.
Contexto global de almacenamiento en materiales bidimensionales
El desarrollo israelí se suma a otros esfuerzos internacionales para miniaturizar sistemas de almacenamiento. En 2020, investigadores de la Universidad de Arkansas descubrieron un material ferroeléctrico bidimensional de seleniuro de estaño, con aplicaciones similares en almacenamiento de datos. Sin embargo, el sistema de Tel Aviv destaca por su grosor mínimo y su enfoque en nitruro de boro, que ofrece mayor estabilidad.
En 2025, científicos de la Universidad de Chicago publicaron un estudio en Nanophotonics sobre almacenamiento en defectos cristalinos de óxido de itrio dopado con tierras raras. Aunque esta tecnología permite almacenar terabytes en un milímetro cúbico, requiere láseres ultravioleta, mientras que el sistema israelí opera con campos eléctricos, simplificando su implementación.
La investigación en materiales bidimensionales comenzó a ganar tracción tras el descubrimiento del grafeno en 2004 por Andre Geim y Konstantin Novoselov, premiados con el Nobel de Física en 2010. Desde entonces, materiales como el nitruro de boro y el disulfuro de molibdeno han sido explorados para aplicaciones en electrónica y almacenamiento. El sistema de Tel Aviv representa un paso adelante al reducir el grosor al mínimo teórico posible.
Empresas tecnológicas globales, como Intel y Samsung, han mostrado interés en materiales bidimensionales para superar las limitaciones de las memorias flash actuales. El sistema israelí, al combinar alta densidad con bajo consumo, podría integrarse en futuros dispositivos, desde teléfonos inteligentes hasta supercomputadoras.