Cuộc đua đã diễn ra kể từ khi các chip máy tính silicon đầu tiên bắt đầu xuất hiện. Các nhà sản xuất phần cứng đã liên tục được một upping nhau trong một frenzy để nhồi nhét càng nhiều bóng bán dẫn càng tốt vào không gian tinier và tinier. Trong năm 2014, Intel đã tổ chức phát hành bộ vi xử lý có các bóng bán dẫn có kích thước khoảng 6.000 lần nhỏ hơn đường kính của một sợi tóc. Tuy nhiên, đây là một tiếng kêu xa vời từ giấc mơ đạt được việc sản xuất các bóng bán dẫn cấp phân tử. Vào ngày 17 tháng 6 năm 2016, một nhóm các nhà nghiên cứu ở Đại học Bắc Kinh ở Bắc Kinh có thể đã chứng minh rằng giấc mơ này có thể gần với thực tế hơn chúng ta nghĩ. Khi cuộc đua cho phần cứng nhỏ hơn tiếp tục, chúng ta cũng có thể tìm hiểu điều này có ý nghĩa gì đối với chúng ta và những thách thức mà các nhà sản xuất có thể gặp phải khi cố gắng biến công nghệ phân tử thành hiện thực.

Vấn đề với từ “Phân tử”

Bất cứ khi nào chúng ta nghĩ về một phân tử, chúng ta nghĩ về một cái gì đó cực kỳ nhỏ - cái gì đó quá nhỏ, nó chỉ có thể được quan sát với các thiết bị chuyên dụng cao. Vấn đề là, không giống như các nguyên tử, các phân tử không phải lúc nào cũng có kích thước vi mô như vậy. Khi ai đó nói với tôi rằng họ đã tạo ra một bóng bán dẫn bao gồm một phân tử duy nhất, câu hỏi đầu tiên xuất hiện trong tâm trí là, "Chúng ta đang nói về loại phân tử nào?"

Một chuỗi phân tử có thể rất lớn. Các polyme như DNA bên trong mỗi tế bào trong cơ thể của bạn có thể đo bất cứ nơi nào từ 1, 5 đến 3 mét khi trải ra hoàn toàn, và đó chỉ là một phân tử. Chúng ta thường sử dụng những thứ như phân tử nước như một điểm tham chiếu cho kích thước, đo khoảng 0, 275 nanomet nếu bạn tò mò. Không ai trong số này có thể bao gồm chính xác một đại diện thích hợp về kích thước của các bóng bán dẫn mà các nhà nghiên cứu Đại học Bắc Kinh đã phát triển.

Những gì chúng ta biết là các thiết bị chuyển mạch này được chế tạo từ graphene (một sắp xếp phân tử carbon là một nguyên tử dày) điện cực với các nhóm methylene ở giữa chúng. Không có phương tiện truyền thông nào cho chúng ta một đầu mối thích hợp về một bóng bán dẫn lớn như thế nào, nhưng có thể là một cược an toàn mà chúng ta đang xem xét một thứ gì đó gần hơn với phân tử nước (xem xét các nhóm graphene và methylen nhỏ) như thế nào phân tử.

Kích thước không phải là tất cả

Mặc dù điều quan trọng là phải đảm bảo bạn đóng gói càng nhiều cú đấm càng tốt trong một khoảng nhỏ, giảm kích thước của bóng bán dẫn không phải là điều duy nhất bạn có thể làm. Cùng với việc tạo ra một công tắc phân tử hiệu quả có tuổi thọ cao hơn (một năm) so với những người tiền nhiệm của nó (một vài giờ), các nhà nghiên cứu ở Bắc Kinh cũng đã đạt được một bước đột phá khác: switch cũng có thể giao tiếp sử dụng photon thay vì di chuyển các electron. Các photon di chuyển nhanh hơn nhiều so với sóng điện từ (nhanh hơn 100 lần), có nghĩa là chúng ta có thể nhồi nhét nhiều bóng bán dẫn vào các không gian nhỏ và cung cấp cho mỗi buggers nhỏ một tốc độ tăng tốc mà Gordon Moore chỉ có thể có bao giờ mơ ước.

Tại sao phần cứng nhỏ này lại đầy thử thách

Như với bất cứ điều gì mà chúng ta đối phó ở cấp độ nguyên tử hay phân tử, mọi thứ có thể rất không ổn định. Ví dụ, các trường điện từ có xu hướng mạnh mẽ khiến cho cấu trúc nguyên tử của kim loại và các vật liệu dẫn điện khác thay đổi một chút. Sự thay đổi này có thể được hiểu là một tín hiệu. "Hạt" của vật liệu ở mức nguyên tử cũng có thể làm cho các bóng bán dẫn hoạt động không đúng cách. Các nhà nghiên cứu Bắc Kinh đã nghiên cứu cho đến nay để tạo ra một công tắc có thể kích hoạt và ngừng hoạt động hơn một trăm lần, với độ bền một năm. Trong khi đây là một thành tích tuyệt vời như nó đứng, tôi nghi ngờ nhiều người sẽ vui mừng khi có một máy tính với tuổi thọ của một hamster ung thư dễ bị. Thách thức thực sự đầu tiên là cô lập môi trường vi điện tử theo cách mà nó có thể chạy trong hơn một thập kỷ.

Ngay cả khi một chuyển đổi phân tử bền vững, có độ bền cao cuối cùng cũng được xây dựng bởi một ai đó, việc đưa nó vào một quy trình sản xuất được sắp xếp hợp lý sẽ trình bày một thử thách hoàn toàn mới. Trong tương lai gần, mạch tích hợp là phương pháp đi-đến cho giao tiếp phần cứng nội bộ. Bắt hệ thống cồng kềnh này hoạt động với các công tắc phân tử là gần như không thể. Để thêm xúc phạm vào thương tích, đo đạc mọi thứ bên trong khoảng trống nhỏ giữa các phân tử (bạn cần làm để đọc dữ liệu được lưu trữ bên trong) đòi hỏi môi trường chuyên môn cao cần nhiều năng lượng để duy trì.

Mang đi

Sự nỗ lực của việc chuyển đổi kích thước của một số phân tử nhỏ nhất mà con người có thể thao tác là rất hấp dẫn và có nhiều hứa hẹn. Đó là, nếu các nhà sản xuất có thể vượt qua các rào cản như yêu cầu nhiệt độ đông lạnh để đọc dữ liệu, loại bỏ khoảng cách trong kết nối giữa các phân tử và mạch điện từ cấp thượng lưu, và bằng cách nào đó giảm thiểu tuổi thọ nhỏ của công nghệ này khi đưa vào thử nghiệm trong thế giới thực. Nếu họ có thể nhảy qua các vòng này, thì có, công nghệ chuyển đổi phân tử chắc chắn sẽ tạo ra một cuộc cách mạng sẽ hoàn toàn làm cho các mạch tích hợp hiện tại và các chip dựa trên silic lỗi thời.

Khi nào bạn nghĩ chúng tôi sẽ có thể vượt qua tất cả những thách thức này? Hãy cho chúng tôi biết trong một bình luận!