Гонка ведется с тех пор, как начали появляться первые кремниевые компьютерные чипы. Производители оборудования постоянно превосходили друг друга, стремясь разместить как можно больше транзисторов во все более и более крошечных пространствах. В 2014 году Intel отпраздновала выпуск процессоров с транзисторами, размер которых примерно в 6000 раз меньше диаметра одной пряди волос. Однако это далеко от мечты о производстве транзисторов молекулярного уровня. 17 июня 2016 года группа исследователей из Пекинского университета в Пекине, возможно, доказала, что эта мечта может быть ближе к реальности, чем мы думаем . Поскольку гонка за меньшим оборудованием продолжается, мы можем также углубиться в то, что это может означать для нас и с какими проблемами могут столкнуться производители, пытаясь сделать технологию размером с молекулу реальностью.
Проблема со словом «молекула»
Всякий раз, когда мы думаем о молекуле, мы думаем о чем-то чрезвычайно маленьком – о чем-то настолько маленьком, что его можно наблюдать только с помощью узкоспециализированного оборудования. Проблема в том, что, в отличие от атомов, молекулы не всегда имеют такие микроскопические размеры. Когда кто-то говорит мне, что создал транзистор, состоящий из одной молекулы, первый вопрос, который приходит на ум: «О какой молекуле мы говорим?»
Молекулярная цепь может быть огромной. Полимеры, такие как ДНК, внутри каждой клетки вашего
Contents
Проблема со словом «молекула»
="https://hypertextbook.com/facts/1998/StevenChen.shtml" target="_blank" rel="noopener" title="от 1,5 до 3 метров">от 1,5 до 3 метров в полностью растянутом состоянии, и это всего лишь одна молекула. Обычно мы используем такие вещи, как молекулы воды, в качестве ориентира для определения размера: если вам интересно, их диаметр составляет около 0,275 нанометров . Ни один из них не может правильно отразить размер транзисторов, разработанных исследователями Пекинского университета.Что мы точно знаем, так это то, что эти переключатели построены из графеновых (молекулярная структура углерода толщиной в один атом) электродов с метиленовыми группами между ними. Ни одно СМИ не дало нам точного представления о том, насколько большим будет такой транзистор, но можно с уверенностью сказать, что мы рассматриваем нечто, более близкое к молекуле воды (учитывая, насколько малы графеновые и метиленовые группы), чем к ДНК. молекула.
Размер – это еще не все
Хотя важно обеспечить как можно больше возможностей в небольшом пространстве, уменьшение размера транзисторов — не единственное, что вы можете сделать. Помимо создания эффективного молекулярного переключателя, срок службы которого значительно выше (один год), чем у его предшественников (несколько часов), исследователи из Пекинского университета также добились еще одного прорыва: переключатель может также взаимодействовать с помощью фотонов, а не движущихся электронов. Фотоны движутся гораздо быстрее, чем электромагнитные волны ( до 100 раз быстрее ), а это означает, что мы сможем разместить больше транзисторов в небольшом пространстве и придать каждому из этих крошечных существ скорость повысить уровень, о котором Гордон Мур мог только мечтать.
Почему это крошечное оборудование является сложной задачей
Как и все, с чем мы имеем дело на атомном или молекулярном уровне, все может стать очень нестабильным. Например, электромагнитные поля имеют сильную тенденцию вызывать малейшее смещение атомных структур металлов и других проводящих материалов. Такой сдвиг можно интерпретировать как сигнал. Микроскопические «зерна» материала на атомном уровне также могут привести к неправильной работе транзисторов. Исследователям из Пекинского университета на данный момент удалось создать переключатель, который может активироваться и деактивироваться более ста раз со сроком службы один год. Хотя это и является замечательным достижением, я сомневаюсь, что многие люди будут в восторге от компьютера, продолжительность жизни которого равна продолжительности жизни хомяка, склонного к р
Размер – это еще не все
яется изоляция микроэлектронной среды таким образом, чтобы она могла работать более десяти лет.Даже если кто-то наконец создаст жизнеспособный и очень прочный молекулярный переключатель, внедрение его в оптимизированный производственный процесс само по себе представляет собой совершенно новую задачу. В обозримом будущем интегральные схемы станут основным методом внутренней аппаратной связи. Заставить эту громоздкую систему работать с помощью молекулярных переключателей практически невозможно. Чтобы усугубить травму, измерение вещей внутри крошечных промежутков между молекулами (что нужно делать, чтобы прочитать данные, хранящиеся внутри) требует высокоспециализированной среды, для поддержания которой требуется много энергии.
Вывод
Попытка создать переключатели размером с мельчайшие молекулы, которыми может манипулировать человечество, очень заманчива и многообещающа. То есть, если производители смогут преодолеть такие препятствия, как требование криогенных температур для считывания данных, избавиться от разрыва в связях между молекулами и электромагнитными цепями уровня пещерного человека и каким-то образом смягчить крошечный срок службы этой технологии при ее испытании в реальный мир. Если им удастся преодолеть эти препятствия, тогда да, технология молекулярных переключателей, безусловно, совершит революцию, которая полностью сделает устаревшими нынешние интегральные схемы и кремниевые чипы.
Как вы думаете, когда мы сможем преодолеть все эти проблемы? Расскажите нам в комментариях!
