Ο αγώνας συνεχίζεται από τότε που άρχισαν να εμφανίζονται τα πρώτα μάρκες υπολογιστών πυριτίου. Οι κατασκευαστές υλικού έχουν συνεχώς αμοιβαία ομοιόμορφο χαρακτήρα, ώστε να τσακίσουν όσο το δυνατόν περισσότερους κρυσταλλολυχνικούς τόνους σε μικρότερους χώρους. Το 2014 η Intel γιόρτασε την απελευθέρωση των επεξεργαστών που διαθέτουν τρανζίστορ περίπου 6.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο μιας μονής δέσμης μαλλιών. Αυτό είναι πολύ μακριά, ωστόσο, από το όνειρο να επιτύχουμε την κατασκευή τρανζίστορ μοριακού επιπέδου. Στις 17 Ιουνίου 2016, μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Πεκίνου στο Πεκίνο μπορεί να έχει αποδείξει ότι αυτό το όνειρο μπορεί να είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα από ό, τι νομίζουμε. Καθώς ο αγώνας για μικρότερο υλικό συνεχίζεται, μπορούμε επίσης να βουτήξουμε σε αυτό που μπορεί να σημαίνει αυτό για εμάς και ποιες προκλήσεις μπορεί να αντιμετωπίσουν οι κατασκευαστές προσπαθώντας να καταστήσουν την τεχνολογία μεγέθους μορίων πραγματικότητα.

Το πρόβλημα με το Word "Μόριο"

Όποτε σκεφτόμαστε ένα μόριο, σκεφτόμαστε κάτι εξαιρετικά μικρό - κάτι τόσο μικρό που μπορεί να παρατηρηθεί μόνο με πολύ εξειδικευμένο εξοπλισμό. Το πρόβλημα είναι ότι, σε αντίθεση με τα άτομα, τα μόρια δεν έρχονται πάντα σε τέτοιες μικροσκοπικές διαστάσεις. Όταν κάποιος μου λέει ότι έχει κάνει ένα τρανζίστορ που αποτελείται από ένα μόνο μόριο, το πρώτο ερώτημα που έρχεται στο μυαλό είναι: "Για ποιο είδος μορίου μιλάμε;"

Μια μοριακή αλυσίδα μπορεί να είναι τεράστια. Πολυμερή όπως το DNA μέσα σε κάθε κύτταρο του σώματός σας μπορεί να μετρηθεί οπουδήποτε από 1, 5 έως 3 μέτρα όταν εκτείνεται εξ ολοκλήρου και αυτό είναι μόνο ένα μόριο. Συνήθως χρησιμοποιούμε πράγματα όπως τα μόρια του νερού ως σημείο αναφοράς για το μέγεθος, με διάμετρο περίπου 0, 275 νανόμετρα σε διάμετρο εάν είστε περίεργοι. Κανένα από αυτά δεν μπορεί να συμπεριλάβει σωστά την κατάλληλη αναπαράσταση του μεγέθους των τρανζίστορ που έχουν αναπτύξει οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πεκίνου.

Αυτό που ξέρουμε είναι ότι αυτοί οι διακόπτες είναι κατασκευασμένοι από γκένιο (μια μοριακή διάταξη άνθρακα που είναι παχιά ενός ατόμου) ηλεκτρόδια με ομάδες μεθυλενίου μεταξύ τους. Καμία έξοδος μέσων δεν μας έδωσε μια σωστή ένδειξη για το πόσο μεγάλο θα ήταν ένα τέτοιο τρανζίστορ, αλλά μπορεί να είναι ένα ασφαλές στοίχημα ότι κοιτάζουμε κάτι πιο κοντά σε ένα μόριο νερού (λαμβάνοντας υπόψη πόσο μικρό γκένιο και ομάδες μεθυλενίου είναι) από ένα DNA μόριο.

Το μέγεθος δεν είναι όλα

Ενώ είναι σημαντικό να σιγουρευτείτε ότι συσκευάζετε όσο το δυνατόν περισσότερη γροθιά σε ένα μικρό χώρο, μειώνοντας το μέγεθος των τρανζίστορ δεν είναι το μόνο πράγμα που μπορείτε να κάνετε. Μαζί με την πραγματοποίηση ενός αποτελεσματικού μοριακού διακόπτη που έχει σημαντικά υψηλότερη διάρκεια ζωής (ένα χρόνο) από τους προκατόχους του (λίγες ώρες), οι ερευνητές στο Peking U. έχουν επίσης επιτύχει μια άλλη σημαντική ανακάλυψη: ο διακόπτης μπορεί επίσης να επικοινωνήσει χρησιμοποιώντας φωτόνια αντί να κινεί ηλεκτρόνια. Τα φώτα ταξιδεύουν πολύ ταχύτερα από ό, τι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (μέχρι και 100 φορές ταχύτερα), πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσαμε να τροφοδοτήσουμε και άλλα τρανζίστορ σε μικρούς χώρους και να δώσουμε σε κάθε ένα από αυτά τα μικροσκοπικά σκαμπανεβάσματα μια ταχύτητα ώθηση των όμοιων με τις οποίες ο Gordon Moore μπορούσε ονειρευόταν ποτέ.

Γιατί αυτό το μικροσκοπικό υλικό είναι πρόκληση

Όπως συμβαίνει με οτιδήποτε ασχολούμαστε σε ατομικό ή μοριακό επίπεδο, τα πράγματα μπορούν να γίνουν πολύ ασταθή. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία έχουν έντονη τάση να μεταβάλλουν τις ατομικές δομές των μετάλλων και άλλων αγώγιμων υλικών σε τόσο χαμηλά επίπεδα. Μια τέτοια μετατόπιση μπορεί να ερμηνευθεί ως σήμα. Μικροσκοπικοί "κόκκοι" υλικού σε ατομικό επίπεδο θα μπορούσαν επίσης να προκαλέσουν την αθέμιτη λειτουργία των τρανζίστορ. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πεκίνου κατάφεραν μέχρι στιγμής να δημιουργήσουν ένα διακόπτη που θα μπορούσε να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί πάνω από εκατό φορές, με διάρκεια ενός έτους. Ενώ αυτό είναι ένα θαυμάσιο επίτευγμα ως έχει, αμφιβάλλω ότι πολλοί άνθρωποι θα είναι ενθουσιασμένοι που έχουν έναν υπολογιστή με τη διάρκεια ζωής ενός καρκίνου επιρρεπής σε χάμστερ. Η πρώτη πραγματική πρόκληση είναι η απομόνωση του μικροηλεκτρονικού περιβάλλοντος με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από μια δεκαετία.

Ακόμη και αν τελικά κατασκευαστεί ένας βιώσιμος, εξαιρετικά ανθεκτικός μοριακός διακόπτης από κάποιον, η απόκτηση αυτού σε μια βελτιωμένη διαδικασία κατασκευής παρουσιάζει μια ολόκληρη νέα πρόκληση από μόνη της. Για το προβλέψιμο μέλλον, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι η μέθοδος go-to για εσωτερική επικοινωνία υλικού. Το να φτάσουμε σε λειτουργία αυτό το ογκώδες σύστημα με μοριακούς διακόπτες είναι σχεδόν αδύνατο. Για να προσθέσετε προσβολή σε τραυματισμό, η μέτρηση των πραγμάτων μέσα στα μικροσκοπικά κενά μεταξύ των μορίων (που πρέπει να κάνετε για να διαβάσετε τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα μέσα) απαιτεί πολύ εξειδικευμένα περιβάλλοντα που χρειάζονται πολύ ενέργεια για να διατηρήσουν.

Το Takeaway

Η προσπάθεια να αλλάξει το μέγεθος ορισμένων από τα μικρότερα μόρια που μπορεί να χειριστεί η ανθρωπότητα είναι πολύ δελεαστική και έχει πολλές υποσχέσεις. Δηλαδή, εάν οι κατασκευαστές μπορούν να περάσουν από εμπόδια όπως η απαίτηση κρυογονικών θερμοκρασιών για να διαβάσουν τα δεδομένα, να απαλλαγούν από το κενό στη συνδεσιμότητα μεταξύ των μορίων και των ηλεκτρομαγνητικών κυκλωμάτων σε επίπεδο σπηλαίων και με κάποιο τρόπο να μετριάζουν τη μικροσκοπική διάρκεια ζωής αυτής της τεχνολογίας όταν δοκιμάζονται πραγματικό κόσμο. Εάν μπορούν να περάσουν από αυτά τα στεφάνια, τότε ναι, η τεχνολογία μοριακών μεταγωγών θα δημιουργήσει σίγουρα μια επανάσταση που θα καταστήσει τελείως απηρχαιωμένα τα τρέχοντα ολοκληρωμένα κυκλώματα και τα τσιπ με βάση το πυρίτιο.

Πότε πιστεύετε ότι θα μπορέσουμε να ξεπεράσουμε όλες αυτές τις προκλήσεις; Πείτε μας σε ένα σχόλιο!