חומרה מולקולרית: ההבטחה והאתגרים

המרוץ כבר קורה מאז שבבי המחשב הראשון סיליקון החלו להופיע. יצרני חומרה יש כל הזמן אחד upping אחד את השני בטירוף כדי לדחוס כמו טרנזיסטורים רבים ככל האפשר לתוך חללים זעירים וקלים יותר. בשנת 2014 חגגה אינטל את שחרורו של מעבדים הכוללים טרנזיסטורים קטנים פי 6, 000 מקוטר קו השיער היחיד. זה רחוק רחוק, לעומת זאת, החלום של השגת ייצור של טרנזיסטורים ברמת מולקולרית. ב -17 ביוני 2016, קבוצה של חוקרים באוניברסיטת Peking בבייג'ינג אולי הוכיחו כי החלום הזה עשוי להיות קרוב יותר למציאות ממה שאנחנו חושבים. ככל שהמירוץ לחומרה קטנה יותר נמשך, אנחנו יכולים גם לצלול לתוך מה זה אומר לנו ומה האתגרים היצרנים עשויים להתמודד בניסיון להפוך את הטכנולוגיה בגודל המולקולה למציאות.

הבעיה עם המילה "מולקולה"

בכל פעם שאנחנו חושבים על מולקולה, אנחנו חושבים על משהו קטן באופן יוצא דופן - משהו כל כך קטן זה יכול להיות רק שנצפה עם ציוד מאוד מיוחדים. הבעיה היא שבניגוד לאטומים, המולקולות לא תמיד באות בממדים מיקרוסקופיים כאלה. כאשר מישהו אומר לי שהם עשו טרנזיסטור שמכיל מולקולה אחת, השאלה הראשונה שעולה על הדעת היא, "איזה סוג של מולקולה אנחנו מדברים?"

שרשרת מולקולרית יכולה להיות עצומה. פולימרים כמו ה- DNA בתוך כל תא של הגוף שלך יכולים למדוד בכל מקום בין 1.5 ל -3 מטר כאשר מתוח לגמרי, וזה רק מולקולה אחת. בדרך כלל אנו משתמשים בדברים כמו מולקולות מים כנקודת ייחוס לגודל, מדידות בסביבות 0.275 ננומטר בקוטר אם אתה סקרן. אף אחד משני אלה לא יכול לכלול כראוי ייצוג הולם של גודל הטרנזיסטורים שהחוקרים באוניברסיטת פקינג פיתחו.

מה שאנחנו יודעים הוא כי מתגים אלה בנויים גרפן (סידור מולקולרי של פחמן כי הוא אחד אטום עבה) אלקטרודות עם קבוצות מתילן ביניהם. שום יציאת מדיה לא נתנה לנו רמז ראוי לשאלה איך טרנזיסטור כזה גדול יהיה, אבל זה יכול להיות הימור בטוח שאנחנו מסתכלים על משהו קרוב יותר למולקולת מים (בהתחשב כמה קטנים גרפן וקבוצות מתילן הם) מאשר DNA מולקולה.

גודל לא הכל

אמנם חשוב לוודא שאתה לארוז כמה אגרוף ככל האפשר בתוך כמות קטנה של שטח, צמצום גודל הטרנזיסטורים הוא לא הדבר היחיד שאתה יכול לעשות. יחד עם ביצוע מתג מולקולרי יעיל שיש לו תוחלת חיים גבוהה משמעותית (שנה אחת) מקודמיו (כמה שעות), החוקרים ב Peking U. השיגו גם פריצת דרך נוספת: המתג יכול גם לתקשר באמצעות פוטונים במקום אלקטרונים נעים. הפוטונים נעים הרבה יותר מהר מאשר גלים אלקטרומגנטיים (עד פי 100 מהר יותר), כלומר נוכל לדחוף יותר טרנזיסטורים לחללים קטנים ולתת לכל אחד מהזדמנים הזעירים האלה דחיפה של מהירות שגורדון מור יכול היה לקבל רק אי פעם חלמתי.

למה זה חומרה זעירה היא מאתגר

כמו בכל דבר שאנחנו מתמודדים עם ברמה האטומית או המולקולרית, הדברים יכולים להיות מאוד לא יציבים. לדוגמה, שדות אלקטרומגנטיים יש נטייה חזקה לגרום המבנים האטומיים של מתכות וחומרים מוליכים אחרים לעבור כל כך מעט. שינוי כזה יכול להתפרש כאות. "גרעינים" מיקרוסקופיים של חומר ברמה האטומית עלולים גם הם לגרום לטרנזיסטורים לפעול בצורה לא נכונה. החוקרים פקין U הצליחו עד כה ליצור מתג שיכול להפעיל ולהשבית מעל מאה פעמים, עם עמידות של שנה אחת. אמנם זהו הישג נפלא כפי שהוא עומד, אני בספק אם אנשים רבים יהיו מאושרים שיש מחשב עם תוחלת החיים של אוגר נוטה סרטן. האתגר האמיתי הראשון הוא לבודד את הסביבה המיקרו אלקטרונית בצורה כזו שהיא יכולה לרוץ במשך יותר מעשור.

גם אם הבורר מולקולרית קיימא, עמיד מאוד נבנה סוף סוף על ידי מישהו, מקבל את זה לתוך תהליך ייצור יעיל מציג אתגר חדש לגמרי בפני עצמו. עבור העתיד הנראה לעין, מעגלים משולבים הם שיטת ה- go-to לתקשורת חומרה פנימית. קבלת מערכת זו מגושם לתפקד עם בוררים מולקולריים הוא כמעט בלתי אפשרי. כדי להוסיף עלבון לפציעה, מדידת דברים בתוך הפערים הזעירים בין המולקולות (שעליך לעשות כדי לקרוא את הנתונים המאוחסנים בפנים) דורשת סביבות מיוחדות מאוד, הדורשות הרבה אנרגיה כדי לשמור עליהן.

הטיקאוואי

המאמץ של בוררים בגודל של כמה מן המולקולות הקטנות ביותר האנושות יכול לתמרן הוא מפתה מאוד ומחזיק הרבה הבטחה. כלומר, אם היצרנים יכולים לעבור משוכות כגון הטלת טמפרטורות קריוגניות על מנת לקרוא נתונים, להיפטר מהפער בקישוריות בין מולקולות ומעגלים אלקטרומגנטיים ברמת המערות, ואיכשהו להקל על תוחלת החיים הזעירה של טכנולוגיה זו, כאשר הניסוי נבדק עולם אמיתי. אם הם יכולים לקפוץ דרך חישוקים אלה, אז כן, הטכנולוגיה לעבור המולקולרי הוא בהחלט הולך ליצור מהפכה כי יהיה לחלוטין לעבד הנוכחי מעגלים משולבים שבבי סיליקון מבוססי מיושן.

מתי אתה חושב שנוכל להתגבר על כל האתגרים האלה? ספר לנו הערה!