Състезанието продължава, откакто започнаха да се появяват първите силиконови компютърни чипове. Производителите на хардуер непрекъснато са се издигали една на друга, за да натоварят колкото е възможно повече транзистори в по-малки и по-тихи пространства. През 2014 Intel отпразнува освобождаването на процесори с транзистори, които са около 6000 пъти по-малки от диаметъра на единична част от косата. Това е далеч от мечтата за постигане на производството на транзистори с молекулярно ниво. На 17 юни 2016 г. група изследователи в Пекинския университет в Пекин вероятно са доказали, че тази мечта може да е по-близо до реалността, отколкото мислим. Тъй като състезанието за по-малък хардуер продължава, можем да се впуснем в това, което това може да означава за нас и какви предизвикателства производителите могат да се сблъскат, опитвайки се да направят технологията с размер на молекулите реалност.

Проблемът със Словото "Молекула"

Винаги, когато мислим за молекула, мислим за нещо извънредно малко - нещо толкова малко, което може да се наблюдава само с високо специализирано оборудване. Проблемът е, че за разлика от атомите, молекулите не винаги идват в такива микроскопични измерения. Когато някой ми каже, че са направили транзистор, който се състои от една молекула, първият въпрос, който идва на ум, е: "За каква молекула говорим?"

Молекулярната верига може да бъде огромна. Полимери като ДНК във всяка клетка на тялото ви може да се измерва на 1, 5 - 3 метра, когато се простира изцяло и това е само една молекула. Обикновено използваме неща като водните молекули като референтна точка за размера, измерващи се на диаметър около 0.275 нанометра, ако сте любопитни. Нито едно от тях не може правилно да обхване правилното представяне на размера на транзисторите, които изследователите от университета в Пекин са развили.

Това, което знаем, е, че тези ключове са изградени от графен (молекулярно устройство на въглерод, който е с един атомен дебел) електроди с метиленови групи между тях. Няма медиен извод, който да ни даде подходяща представа за това колко голям ще е такъв транзистор, но може да е сигурен залог, че гледаме нещо по-близо до водната молекула (като се има предвид колко малки графен и метиленови групи са), отколкото ДНК молекула.

Размерът не е всичко

Макар че е важно да се уверите, че опаковате колкото се може по-голям удар в рамките на малко пространство, намаляването на размера на транзисторите не е единственото нещо, което можете да направите. Заедно с постигането на ефективен молекулярен превключвател, който има значително по-висока продължителност на живот (от една година) от предшествениците си (няколко часа), изследователите в Пекин У. също са постигнали още един пробив: превключвателят може да комуникира и като използва фотони, вместо да движи електрони. Фотоните пътуват много по-бързо, отколкото електромагнитните вълни (до 100 пъти по-бързо), което означава, че ще можем да накараме повече транзистори в малки пространства и да дадем на всеки от тези мънички бунтовици скорост, подобна на която Гордън Мур някога мечтал.

Защо този малък хардуер е предизвикателство

Както при всичко, с което се занимаваме на атомно или молекулярно ниво, нещата могат да станат много нестабилни. Например, електромагнитните полета имат силна тенденция да накарат атомните структури на метали и други проводящи материали да се променят все така леко. Такава промяна може да се тълкува като сигнал. Микроскопичните "зърна" от материал на атомно ниво също могат да причинят неправилно функциониране на транзисторите. Учените от Пекин успяха досега да създадат ключ, който да може да се активира и деактивира повече от сто пъти, с продължителност от една година. Макар че това е прекрасно постижение в сегашния си вид, се съмнявам, че много хора ще бъдат развълнувани да имат компютър с продължителността на живота на хамстер, предразположен към рак. Първото истинско предизвикателство е изолирането на микро-електронната среда по такъв начин, че тя да може да продължи повече от десетилетие.

Дори ако някой жизнеспособен, изключително издръжлив молекулярен превключвател най-накрая е построен от някого, това да се превърне в рационализиран производствен процес представлява едно ново предизвикателство. В обозримото бъдеще интегралните схеми са методът на ходенето за вътрешна хардуерна комуникация. Получаването на тази обемиста система да функционира с молекулни превключватели е почти невъзможно. За да добавите обида към нараняванията, измерването на нещата в рамките на малките пролуки между молекулите (което трябва да направите, за да прочетете данните, съхранявани в тях) изисква високоспециализирана среда, която се нуждае от много енергия за поддържане.

Направи си сам

Стремежът да се превключи размерът на някои от най-малките молекули, които човечеството може да манипулира, е много изкушаващо и има много обещания. Това означава, че ако производителите могат да преодолеят препятствия като изискване на криогенни температури да четат данни, да се отърват от празнината във връзката между молекулите и електромагнитните вериги на ниво пещерняк и по някакъв начин да смекчат минималната продължителност на живота на тази технология, реалния свят. Ако успеят да прескочат тези обръчи, тогава да, технологията за превключване на молекулите определено ще създаде революция, която напълно ще направи остарелите интегрални схеми и чиповете на силиций остарели.

Кога мислите, че ще успеем да преодолеем тези предизвикателства? Кажете ни в коментар!