Uvas, Motorola, Intel y un argentino

El argentino Pablo Bianucci, del Departamento de Física de la Concordia University de Montreal, Canadá, publicó en Proceedings of the National Academy of Sciences, una de las tres revistas científicas “top” del mundo, la explicación de un fenómeno que viene intrigando en Youtube a centenares de miles: ¿por qué una uva metida en un microondas produce breves eyecciones de plasma, chispas y brillantes globos de gases ionizados?

Sorprendentemente, la primera explicación decente del misterio de las uvas llameantes sugiere una tecnología nueva para vencer los límites de la litografía actual. Esto significa fabricar chips cada vez más densos en cantidad de transistores por unidad de superficie. Es decir: más rápidos. Es decir: más inteligentes.

Viralizado desde antes de 2013, el asunto de las uvas ha divertido a centenares de miles de personas y estropeó probablemente miles de hornos: si el plasma surge como un chorro ascendente, no es imposible que perfore el techo del aparato. Sin que se sepa la causa por ahora, la repetición excesiva del experimento puede dañar también el magnetrón, es decir el emisor de microondas del aparato.

Foto de Hamza Khattak, con la explicación de este asunto. Una uva y una bolita de hidrogel generan una nube de plasma en el microondas.

Proceedings acaba de publicar el artículo firmado en trío por Hamza Khattak, doctorando en Física y Astronomía de la McMaster University de Ontario, por nuestro compatriota Bianucci, y por el profesor anterior de Khattak, Aaron Slepkov, de la Trent University: todos muchachos de Ontario, salvo Bianucci, nacido y criado en Avellaneda y licenciado y doctorado en la Universidad de Buenos Aires.

Si el órgano de la Academia de Ciencias de los EEUU le dio lugar a un tema aparentemente trivial es porque nada lo es en física si sucede sin explicación coherente. Pero además de una explicación, Bianucci sugirió una aplicación: una posible litografía de muy alta resolución (hasta de 2 nanómetros) a usarse en la fabricación de chips. Esto definitivamente saca al tema de la atracción didáctica, lo instala en la física aplicada y lo pone en la mira de la industria del hardware, que enfrenta un problema serio: los límites para seguir miniaturizando más los circuitos electrónicos, ya invisibles al microscopio óptico, de los chips.

Pablo Bianucci habla como piensa: muy rápido y muy claro. Sintetiza así lo de las uvas: el promedio de los hornos de microondas utilizan ondas de radio de 2,45 GHz y 12 cm. de longitud de onda. La onda viaja a la velocidad de la luz (casi 300.000 km/s), pero al atravesar una uva, que es transparente a este tipo de microondas largas y tiene un alto índice de refracción, se frena a “apenas” 30.000 km/s y su longitud de onda decrece 10 veces.

La sorpresa es que con su nueva longitud de onda de 1,2 cm, la oscilación electromagnética queda atrapada, perfectamente contenida, dentro del tamaño de una uva promedio, sin lograr salir de ella. Bianucci admite ahí cierta semejanza con otro fenómeno refractivo: el de la reflexión total, que hace que la luz que viaja por una fibra óptica quede confinada en su filamento núcleo y no pueda salir por los laterales.

La radiación electromagnética atrapada en el interior de una uva hace que ésta se recaliente en el centro, haga una explosión de vapor e incluso -cuando el experimento sale “joya”- que los gases resultantes pierdan sus electrones y generen bellas vaharadas de plasma, ese cuarto estado de la materia tan habitual en la atmósfera del sol, que está a más de 6000 grados Celsius.

Si se aplica el “atrapamiento” de radiaciones electromagnéticas a cuerpos más pequeños, para modificarlos térmicamente, se podría resucitar una “ley” moribunda, la de Gordon Moore, cuya fecha probable fecha de expiración se estima para 2023. Esta “ley” entre grandes comillas es una observación formulada en 1965 por Moore, fundador de Intel, principal fabricante de chips del mundo, tatarabuelo del mundo de microprocesadores de alta potencia y de Inteligencias Artificiales en el que vivimos. Reformulada en 1971, dice que cada 2 años se duplica el número de transistores que caben en un circuito integrado. El enunciado original de 1965 decía 18 meses, no 24. Época optimista, los ’60.

Pero la de Moore es (o fue) una simple medición del avance de la tecnología en un momento dado. No es una ley de la física: es lógico que no sea irrompible, como la ley de gravedad, o la de acción y reacción. En la práctica la miniaturización está ralentándose por límites impuestos por la propia física:

  • los cables menores de 10 nanómetros tienden a “perder” electrones por efectos cuánticos “de túnel”, como mangueras pinchadas;
  • la refrigeración que hay que ponerle a una placa de silicio densamente cableado para que no se derrita gasta energía MAL,
  • y finalmente está la cuestión de fondo: el sistema de impresión. 

El cableado y los transistores de un chips se graban en superficies de silicio deliberadamente enmascaradas, iluminadas con haces de luz de láseres tipo “excimer” ultravioleta profundo, de entre 248 y 193 nanómetros de longitud de onda. Estos delicados pero incisivos cinceles de luz permiten “tallar” rasgos de más o menos 50 nanómetros (50 millonésimas de milímetro).

Bianucci piensa que “atrapando” ondas electromagnéticas de longitudes de onda aún menores en objetos muy pequeños que se comporten como las uvas sometidas a un microondas, se podría llegar a tallar objetos (cables y/o transistores) de 2 nanómetros, algo así como 20 veces el diámetro de un átomo de helio. Seguramente un procesador tan denso tendrá problemas de efectos cuánticos y de refrigeración, pero el principal es que no hay herramientas para fabricarlo. El trabajo de Bianucci, Khattak y Slepkov abre una vía posible. Esa aparente banalidad de las uvas en un microondas los puso de pronto en la mira de la industria más dinámica de nuestro tiempo, la microelectrónica

Ante la pobreza y la frustración que ofrecía la vida de investigador científico en su país, Bianucci dejó la Argentina en los ’90 junto a su esposa, la conocida matemática Matilde Lalín. Trabajaron en la Universidad de Texas en Austin, pero luego prefirieron Quebec, sobre el lado atlántico de Canadá. En ese país también vive, pero sobre el otro océano, el Pacífico, la hermana de Pablo, Laura, oceanógrafa del Institute of Ocean Sciences en Victoria especializada en química del mar, casada a su vez con otro porteño, Diego Sorrentino, ingeniero electrónico en Starfish, una empresa de desarrollos en tecnología de sensores biomédicos. Cerebros formados por la universidad pública y que vivimos regalando.

Pablo Bianucci contesta a AgendAR por teleconferencia, pero hay varios periodistas más en disputa por su tiempo, entre ellos uno de la Canadian Broadcasting Corporation (CBC) y tiene que ponerles cara. No viene siendo una semana fácil: tiene 2 chicos de 5 y 9 años que hoy están enloquecidos por hacer el experimento de las uvas en casa. Pero Bianucci, que viene de una cultura más ahorrativa que la canadiense, preferiría salvar su microondas. Dice que lo usa bastante.

Daniel E. Arias