Jeśli technologia komputerowa nadal ewoluuje w takim samym tempie, jak obecnie, dosłownie w ciągu dziesięciu lat można się spodziewać, że komputery staną się 1000 razy potężniejsze. Dyski twarde będą mogły przechowywać więcej informacji 10 000 razy. Jest prawdopodobne, że ten przełom nie będzie związany z chipami krzemowymi, które już osiągają granice swoich możliwości.
Lekcje z natury
Próbując zbudować komputery z detalami na poziomie molekularnym, naukowcy naśladują naturę. Zespoły molekularne są głównym składnikiem do tworzenia nanokomputerów (biokomputerów, komputerów molekularnych). Obecnie technologia komputerowa jest zdominowana przez "podejście w dół", które obejmuje usuwanie niepotrzebnego materiału z dużych obiektów. Na przykład podczas tworzenia żetonów krzemowych używana jest litografia. Ale ta technika nie pozwala zredukować elementów elektronicznych do wielkości atomu.
W związku z tym, aby uzyskać szybsze i mocniejsze komputery jutra, naukowcy zmienili podejście "oddolne". Opiera się na zespoleniu struktur molekularnych. Pomysł ten został zaczerpnięty z natury, która wykorzystuje różne elementy budulcowe przy tworzeniu cząsteczek kwasu nukleinowego. Proces przepływu niezależnego zbioru cząsteczek będzie uwarunkowany następującymi warunkami:
Historiatworzenie komputerów na bazie molekularnej
W 1974 roku, student Marc Ratner i jego nadzorca Arie Avyram powiadomiony o możliwości miniaturyzacji elementów elektronicznych do wielkości cząsteczki. Avyram zaproponowano rewolucyjny pomysł, aby zastąpić tranzystorów krzemu i diody pojedynczych cząsteczek organicznych.
został opisany teoretycznie punkt wyjścia dla tego obrotu naukowej „prostownika molekularne”. Na podstawie nazwy urządzenie to służy do konwersji prądu zmiennego na stałą. Ale pomysł Ratner i Avyrama początkowo nie znaleźliśmy odpowiedniego wsparcia i zatopiony w zapomnienie. Zaledwie kilka lat we wczesnych latach 80-tych niewielka grupa naukowców zaangażowanych w swoją pracę i zaczął je realizować. W tym czasie narodziła się elektronika molekularna.
Etapy elektroniki molekularnej
Od początku najbardziej znaczące przełomy w komputerach cząsteczkowej charakteryzują trzy okresy: 1974 (początek), 80. ubiegłego wieku (badanie odzysku), na początku 2000 21 wiek (seria przełomów i wynalazków). W 2015 roku, szybki wzrost w tym obszarze spadło nieco, że nie sugeruje, że w niedalekiej przyszłości krzem zostanie wciśnięty składniki molekularne. Więc są cechy komputerów molekularnych osiągną nowe technologie? Odpowiedź leży na powierzchni. Jest to szczególnie istotne zmniejszenie wielkości, zwiększoną wydajność i rozszerzenie pamięci.
Esencja rewolucjiAviram i Ratner
Cząsteczka ma być uważana za diodę półprzewodnikową. Jedna jego część działa jak dawczyni elektronów i jest analogiczna do domeny n diody. Druga część działa jako odbiornik elektronów i odpowiada domenie p diody. Kiedy napięcie zostanie przyłożone do krawędzi cząsteczki, elektrony zaczną poruszać się od jednego końca do drugiego. Zastosowanie napięcia o przeciwnym znaku uniemożliwi poruszanie się elektronów. Na poparcie swojej koncepcji amerykańscy naukowcy zaproponowali model prostownika molekularnego. Reprezentuje on oddzielną cząsteczkę, na której końcu płynie prąd zmienny, a w drugiej jest stały. Pomimo tego, że ta propozycja została opublikowana w czasopiśmie "Time", społeczność naukowa w tamtym czasie nie wykazywała większego zainteresowania. Dopiero pod koniec lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia zainteresowanie tym tematem ukazało chemika US Naval Research Laboratory Forest Carter.
Budowa komputerów z wykorzystaniem technologii molekularnych
Podstawą praktycznie każdego urządzenia elektronicznego w naszych czasach jest komponent taki jak tranzystor. Technologia komputerowa w nadchodzących latach będzie miała na celu zmniejszenie rozmiaru tego komponentu.
Rysunek pokazuje zastosowanie skupienia cząsteczek w celu utworzenia skwantyzowanego i kontrolowanego przepływu ładunków w temperaturze pokojowej. Tranzystor ma trzy obszary - podstawę, kolektor i emiter. Kiedy prąd płynie pomiędzy kolektorem a emiterem, tranzystor jest otwarty. Napięcie przyłożono do podstawy, przekraczając nieco marginesznaczenie. Kiedy napięcie jest niższe niż wartość progowa, tranzystor zamyka się. Podczas tworzenia urządzeń molekularnych planuje się stosować te same zasady. Urządzenia zbudowane na cząsteczkach, takich jak tranzystory krzemowe, będą miały funkcje przełączania.
Bramka logiczna od IBM
Zawór logiki molekularnej składa się z dwóch cząsteczek naftalocyjaniny, które są skanowane za pomocą mikroskopu tunelowego skanującego w niskiej temperaturze. Kiedy impuls napięciowy przechodzi od jednego końca cząsteczki do drugiego, dwa atomy wodoru w sąsiadujących cząsteczkach (pokazane na biało w środku cząsteczki) zmieniają swoją pozycję. W tym przypadku cała cząsteczka przechodzi od stanu "włączony" do "wyłączenia". To urządzenie będzie bramą logiczną - jednym z głównych komponentów chipów komputerowych i blokiem konstrukcyjnym dla komputerów molekularnych.
Zakres komponentów molekularnych
Zespoły bloków znalazły zastosowanie w tworzeniu wyświetlaczy. Najnowsze osiągnięcia w elektronice molekularnej obejmują diody emitujące światło składające się z jednej cząsteczki i tranzystory na nanorurkach węglowych, związane z krzemem w monolitycznym zintegrowanym układzie scalonym. Naukowcy z Uniwersytetu żydowskiego w Jerozolimie zostali zaproszeni do stworzenia nanodrutów na bazie DNA molekularnego. Będą alternatywą dla drutów miedzianych. Na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku obliczono współczynnik prostowania diody na oddzielnej cząsteczce - było ponad 200 razy.
Naukowcy z Uniwersytetu w Jyväskylä (Finlandia) opracowali pamięć molekularną komputera. Ten typ pamięci może zapamiętać kierunek pola magnetycznego przez długi czas po wyłączeniu w ekstremalnie niskich temperaturach. W przyszłości to odkrycie zwiększy pojemność dysków twardych bez zwiększania ich rozmiarów.
Computers of the Future
Pomimo faktu, że dokonano wielu przełomów w dziedzinie elektroniki molekularnej, nie można znaleźć zdjęć komputera molekularnego w Internecie. Jest tak, ponieważ nie ma jeszcze takiego komputera. Ale w niedalekiej przyszłości możemy się spodziewać wynalezienia komputerów molekularnych. Należą do architektury von Neumanna, możesz już być tego pewien. Wynika to z faktu, że cząsteczki powinny zastąpić elementy elektroniczne, a struktura komputera pozostaje niezmieniona.
