Løpet har pågått siden den første silisiumdatabrikken begynte å dukke opp. Maskinvareprodusenter har hele tiden vært en-opping hverandre i en vanvittighet for å få så mange transistorer som mulig inn i tynnere og tynnere mellomrom. I 2014 feiret Intel utgivelsen av prosessorer med transistorer ca 6000 ganger mindre enn diameteren på en enkelt hårstreng. Dette er imidlertid langt fra drømmen om å oppnå produksjon av molekylære transistorer. Den 17. juni 2016 kan en gruppe forskere i Beijing-universitetet i Beijing ha vist at denne drømmen kan være nærmere virkeligheten enn vi tror. Som kappløpet om mindre maskinvare fortsetter, kan vi like godt dykke inn i hva dette kan bety for oss og hvilke utfordringer produsenter kan møte når de prøver å gjøre molekylærteknologi til virkelighet.

Problemet med ordet "Molekyl"

Når vi tenker på et molekyl, tenker vi på noe ekstraordinært lite - noe så lite det kan bare observeres med høyt spesialisert utstyr. Problemet er at molekyler, i motsetning til atomer, ikke alltid kommer i slike mikroskopiske dimensjoner. Når noen forteller meg at de har laget en transistor som består av et enkelt molekyl, er det første spørsmålet som kommer til å tenke: "Hva slags molekyl snakker vi om?"

En molekylkjede kan være enorm. Polymerer som DNA inne i hver celle i kroppen din kan måle hvor som helst fra 1, 5 til 3 meter når de strekkes ut helt, og det er bare ett molekyl. Vi bruker vanligvis ting som vannmolekyler som et referansepunkt for størrelse, som måler rundt 0, 275 nanometer i diameter hvis du er nysgjerrig. Ingen av disse kan riktig omfatte en riktig representasjon av størrelsen på transistorene som Peking Universitetsforskerne har utviklet.

Det vi vet er at disse bryterne er bygget fra grafen (et molekylært arrangement av karbon som er et atom tykt) elektroder med metylengrupper i mellom dem. Ingen media uttak har gitt oss en ordentlig anelse om hvor stor en slik transistor ville være, men det kan være en sikker innsats at vi ser på noe nærmere et vannmolekyl (vurderer hvor lite grafen og metylengrupper er) enn et DNA molekyl.

Størrelse er ikke alt

Selv om det er viktig å sørge for at du pakker så mye av et slag som mulig innen en liten mengde plass, er det ikke det eneste du kan gjøre å redusere størrelsen på transistorene. Sammen med å lage en effektiv molekylær bryter som har en betydelig høyere levetid (ett år) enn sine forgjengere (noen timer), har forskerne ved Peking U. også oppnådd et annet gjennombrudd: bryteren kan også kommunisere ved hjelp av fotoner i stedet for å flytte elektroner. Fotoner reiser mye raskere enn elektromagnetiske bølger gjør (opptil 100 ganger raskere), noe som betyr at vi ville være i stand til både å kramme flere transistorer i små mellomrom og gi hver av de små buggerne en fartforhøyelse som Gordon Moore bare kunne ha noensinne drømt om.

Hvorfor denne lille maskinvare er utfordrende

Som med alt vi håndterer på atom- eller molekylivå, kan tingene bli svært ustabile. For eksempel har elektromagnetiske felt en sterk tendens til at atomkonstruksjonene av metaller og andre ledende materialer skifter seg så lett. Et slikt skifte kan tolkes som et signal. Mikroskopiske "korn" av materiale på atomnivå kan også føre til at transistorer fungerer ukorrekt. Peking U.-forskerne har klart så langt å skape en bryter som kan aktivere og deaktivere over hundre ganger, med en holdbarhet på ett år. Selv om dette er en fantastisk prestasjon som det står, tviler jeg på at mange mennesker vil være begeistret for å ha en datamaskin med levetiden til en kreft-utsatt hamster. Den første virkelige utfordringen er å isolere det mikroelektroniske miljøet på en slik måte at den kan løpe i mer enn et tiår.

Selv om en levedyktig, meget holdbar molekylær bryter er endelig bygget av noen, får dette til en strømlinjeformet produksjonsprosess en helt ny utfordring i seg selv. I overskuelig fremtid er integrerte kretser go-to-metoden for intern maskinvarekommunikasjon. Å få dette voluminøse systemet til å fungere med molekylære brytere er nesten umulig. For å legge til fornærmelse mot skade, måler ting i de små hullene mellom molekyler (som du trenger å gjøre for å lese dataene som er lagret inne) krever høyt spesialiserte miljøer som trenger mye energi for å opprettholde.

Takeaway

Bestræbelsen på å bytte størrelsen på noen av de minste molekylene menneskeheten kan manipulere er veldig fristende og holder mye løfte. Det vil si at produsentene kan komme seg gjennom hindringer som krever kryogene temperaturer for å lese data, kvitte seg med gapet i tilkobling mellom molekyler og elektromagnetiske kretser, og på den annen måte redusere den lille levetiden til denne teknologien når den blir testet i virkelige verden. Hvis de kan hoppe gjennom disse hoops, så, ja, molekylær bryterteknologi kommer sikkert til å skape en revolusjon som vil gjengi gjeldende integrerte kretser og silisiumbaserte sjetonger utelatt.

Når tror du at vi vil kunne overvinne alle disse utfordringene? Fortell oss i en kommentar!