Løbet har foregået siden de første siliciumcomputerchips begyndte at blive vist. Hardware producenter har hele tiden været en-upping hinanden i en vanvittighed at smadre så mange transistorer som muligt i tinier og tinier rum. I 2014 fejrede Intel frigivelsen af ​​processorer med transistorer omkring 6.000 gange mindre end diameteren af ​​en enkelt hårstreng. Dette er imidlertid langt fra drømmen om at opnå fremstilling af molekylære transistorer. Den 17. juni 2016 kan en gruppe forskere i Peking Universitetet i Beijing have bevist, at denne drøm kan være tættere på virkeligheden, end vi tror. Som løbet for mindre hardware fortsætter, kan vi lige så godt dykke ind i, hvad dette kan betyde for os, og hvilke udfordringer producenterne kan komme over for ved at forsøge at gøre molekylestørreteknologi til virkelighed.

Problemet med ordet "Molekyl"

Når vi tænker på et molekyle, tænker vi på noget ekstraordinært lille - noget så lille det kan kun observeres med højt specialiseret udstyr. Problemet er, at molekyler, i modsætning til atomer, ikke altid kommer i sådanne mikroskopiske dimensioner. Når nogen fortæller mig, at de har lavet en transistor, der består af et enkelt molekyle, er det første spørgsmål, der kommer til at tænke på, "Hvilken slags molekyle taler vi om?"

En molekylærkæde kan være enorm. Polymerer som DNA inde i hver eneste celle i din krop kan måle hvor som helst fra 1, 5 til 3 meter, når de strækkes helt ud, og det er kun et molekyle. Vi bruger normalt ting som vandmolekyler som referencepunkt for størrelse, målt ved omkring 0, 275 nanometer i diameter, hvis du er nysgerrig. Ingen af ​​disse kan korrekt omfatte en korrekt repræsentation af størrelsen af ​​de transistorer, som Peking Universitetsforskerne har udviklet.

Det, vi ved, er, at disse omskiftere er bygget fra grafen (et molekylært arrangement af carbon, der er et atom tykt) elektroder med methylengrupper imellem dem. Ingen media outlet har givet os et ordentligt fingerpeg om, hvor stor en sådan transistor ville være, men det kan være en sikker satsning på at vi ser på noget tættere på et vandmolekyle (i betragtning af hvor små grafen og methylengrupper er) end et DNA molekyle.

Størrelse er ikke alt

Selv om det er vigtigt at sikre, at du pakker så meget af et slag som mulig inden for en lille smule plads, er det ikke kun det, du kan gøre at reducere størrelsen af ​​transistorer. Sammen med en effektiv molekylomskifter, der har en væsentligt højere levetid (et år) end sine forgængere (et par timer), har forskerne ved Peking U. også opnået et andet gennembrud: kontakten kan også kommunikere ved hjælp af fotoner i stedet for at flytte elektroner. Fotoner rejser meget hurtigere end elektromagnetiske bølger gør (op til 100 gange hurtigere), hvilket betyder, at vi begge kan få fat i flere transistorer i små rum og give hver af de små buggere et fartforhøjelse som de som Gordon Moore kun kunne have nogensinde drømt om.

Hvorfor denne lille hardware er udfordrende

Som med alt, hvad vi beskæftiger os med på atom- eller molekyliveau, kan tingene blive meget ustabile. For eksempel har elektromagnetiske felter en stærk tendens til at bevirke, at atomkonstruktionerne af metaller og andre ledende materialer skifter så lidt. Et sådant skift kan fortolkes som et signal. Mikroskopiske "kerner" af materiale på atomniveau kunne også få transistorer til at fungere ukorrekt. Peking U.-forskerne har hidtil formået at skabe en switch, der kunne aktivere og deaktivere mere end hundrede gange med en holdbarhed på et år. Selv om dette er en vidunderlig præstation som det står, tvivler jeg på, at mange mennesker vil være begejstrede for at have en computer med levetiden for en kræftfremkaldt hamster. Den første reelle udfordring er at isolere det mikro-elektroniske miljø på en sådan måde, at den kan løbe i mere end et årti.

Selvom en levedygtig, stærkt holdbar molekylomskifter til sidst er bygget af nogen, bliver det en helt ny udfordring alene at få det til en strømlinet produktionsproces. I overskuelig fremtid er integrerede kredsløb go-to-metoden til intern hardwarekommunikation. At få dette omfangsrige system til at fungere med molekylære kontakter er næsten umuligt. For at føje skændsel til skade må der måles ting inde i de små huller mellem molekyler (som du skal gøre for at læse dataene gemt inde) kræver højt specialiserede miljøer, der har brug for masser af energi til at vedligeholde.

Takeaway

Bestræbelserne på at skifte størrelsen på nogle af de mindste molekyler, menneskeheden kan manipulere, er meget fristende og holder mange løfter. Det vil sige, hvis producenterne kan komme igennem forhindringer, såsom at kræve kryogene temperaturer for at læse data, slippe af med hullet i forbindelse mellem molekyler og elektromagnetiske kredsløb på huleniveau og på en eller anden måde mildne den lille levetid for denne teknologi, når den testes i virkelige verden. Hvis de kan hoppe gennem disse hoops, så ja, molekylær switch teknologi vil helt sikkert skabe en revolution, der helt vil gøre nuværende integrerede kredsløb og siliciumbaserede chips forældede.

Hvornår tror du, at vi vil kunne overvinde alle disse udfordringer? Fortæl os i en kommentar!