Molekularna računala: karakteristike, povijest stvaranja - Tehnološke vijesti i high-tech flipperworld.org

Ako se računalna tehnologija nastavi razvijati istom brzinom kao i danas, doslovno, za deset godina možete očekivati da računala postanu 1000 puta snažnija. Tvrdi diskovi moći će pohraniti više informacija 10.000 puta. Vrlo je vjerojatno da taj proboj neće biti povezan s silicijskim čipovima koji su već dosegli granice svojih mogućnosti.

Lekcije iz prirode

U pokušaju izgradnje računala s detaljima na molekularnoj razini, znanstvenici kopiraju prirodu. Molekularni sklopovi su glavna komponenta za stvaranje nanokomputera (bioračunala, molekularnih računala). Trenutno, računalnom tehnologijom dominira "nizvodni pristup" koji uključuje uklanjanje nepotrebnog materijala iz velikih objekata. Na primjer, prilikom izrade silicijskog čipa koristi se litografija. Ali ova tehnika ne dopušta reduciranje elektroničkih komponenti na veličinu atoma.

Stoga, kako bi dobili brža i snažnija računala sutrašnjice, znanstvenici su se okrenuli "pristupu odozdo prema gore". Temelji se na sastavljanju molekularnih struktura. Ta je ideja preuzeta iz prirode, koja koristi različite gradivne elemente pri stvaranju molekula nukleinskih kiselina. Proces protoka neovisne zbirke molekula bit će uvjetovan sljedećim uvjetima:

termodinamički čimbenici (snaga interakcije molekula);

kinetički čimbenici (brzina izgradnje);

sile koje drže cijelu strukturu zajedno.

Povijestizrada računala baziranih na molekularnom modelu

Već 1974. student Mark Mark Ratner i njegov direktor za istraživanje Ariyah Awiram izvijestili su o mogućnostima minijaturizacije elektroničkih komponenti do veličine molekule. Aviram je predložio revolucionarnu ideju zamjene silicijevih tranzistora i dioda s pojedinačnim organskim molekulama.

Teoretski je opisana polazna točka za takvu znanstvenu revoluciju kao "molekularni ispravljač". Na temelju naziva, ovaj uređaj je dizajniran za pretvaranje AC u konstantu. Međutim, ideja o Ratneru i Aviramu isprva nije pronašla odgovarajuću podršku i nije došla do ničega. Samo nekoliko godina kasnije, ranih osamdesetih, mala skupina znanstvenika preuzela je svoj trud i počela ih utjeloviti. U to se vrijeme rodila molekularna elektronika.

Faze razvoja molekularne elektronike

Tijekom svog postojanja, najznačajnija otkrića u području molekularnih računala karakterizirana su trima razdobljima: 1974. (podrijetlo), 80-ih godina prošlog stoljeća (obnova istraživanja), početkom 2000-ih. stoljeća (niz otkrića i otkrića). U 2015. ubrzani rast u ovom sektoru donekle je usporen, što nam još uvijek ne dopušta da kažemo da će u bliskoj budućnosti silicijske komponente biti potisnute molekularnim komponentama. Koje će karakteristike molekularnih računala omogućiti postizanje novih tehnologija? Odgovor na ovo pitanje leži na površini. Prvo, to je značajno smanjenje u veličini, povećana brzina i proširenje memorije.

Suština revolucijeAviram i Ratner

Molekulu treba smatrati poluvodičkom diodom. Jedan dio djeluje kao donor elektrona i analogan je n-domeni diode. Drugi dio djeluje kao prijemnik elektrona i odgovara p-domeni diode. Kada se napon primijeni na rubove molekule, elektroni će se početi pomicati s jednog kraja na drugi. Primjena napona s suprotnim znakom spriječit će kretanje elektrona.
U prilog svom konceptu, američki znanstvenici predložili su model molekularnog ispravljača. Ona predstavlja zasebnu molekulu, na jednom kraju na kojoj teče izmjenična struja, au drugoj konstantna. Unatoč činjenici da je ovaj prijedlog objavljen u časopisu Time, znanstvena zajednica u to vrijeme nije pokazala veliko zanimanje za nju. A tek krajem 70-ih godina prošlog stoljeća zanimanje za ovu temu pokazalo je kemičar iz US Naval Research Laboratory Forest Carter.

Konstrukcija računala pomoću molekularnih tehnologija

Temelj gotovo svakog elektroničkog uređaja u današnje vrijeme je komponenta kao što je tranzistor. Računalna tehnologija u nadolazećim godinama bit će usmjerena na smanjenje veličine ove komponente.

Slika prikazuje primjenu skupine molekula za stvaranje kvantiziranog i kontroliranog protoka punjenja na sobnoj temperaturi. Tranzistor ima tri područja - bazu, kolektor i odašiljač. Kada struja teče između kolektora i odašiljača, tranzistor je otvoren. Napon primijenjen na bazu, dok je prekoračivao neki rubnivrijednost. Kada je napon manji od praga, tranzistor se zatvara.
Kada se stvaraju molekularni uređaji, planira se koristiti ista načela. Uređaji izgrađeni na molekulama, poput silicijevih tranzistora, imat će funkcije prebacivanja.

Logička vrata od IBM-a

Ventil molekularne logike sastoji se od dvije molekule naftalocianina, koje se skeniraju vrhom tunelskog mikroskopa za skeniranje pri niskim temperaturama. Kada naponski impuls prođe od jednog kraja molekule do drugog, dva atoma vodika u susjednim molekulama (prikazana bijelo u središtu molekule) mijenjaju svoj položaj. U ovom slučaju, cijela se molekula pomiče iz stanja "uključeno" u "isključeno". Ovaj uređaj će biti logično vratilo - jedna od glavnih komponenti računalnih čipova i građevni blok za molekularna računala.

Opseg molekularnih komponenti

Blokirani ansambli pronašli su svoju primjenu u stvaranju zaslona. Najnovija dostignuća u molekularnoj elektronici uključuju diode koje emitiraju svjetlost, a koje se sastoje od jedne molekule, i tranzistore na ugljičnim nanocijevi, povezane s silicijem u monolitnom integriranom čipu. Znanstvenici sa židovskog sveučilišta u Jeruzalemu pozvani su da stvore nanožice na temelju molekularne DNA. Oni će biti alternativa bakrenim žicama. Na Sveučilištu Columbia u New Yorku izračunat je koeficijent ispravljanja diode na zasebnoj molekuli - bio je to više od 200 puta.

Istraživači sa Sveučilišta Jyväskylä (Finska) razvili su molekularnu memoriju računala. Ova vrsta memorije može pamtiti smjer magnetskog polja tijekom dugog vremenskog razdoblja, nakon isključivanja na ekstremno niskim temperaturama. U budućnosti će ovo otkriće povećati kapacitet tvrdih diskova bez povećanja njihove veličine.

Računala budućnosti

Unatoč činjenici da je u molekularnoj elektronici učinjeno više otkrića, fotografije molekularnog računala na Internetu neće se naći. To je zato što još nema takvog računala. No, u skoroj budućnosti možemo očekivati izum molekularnih računala. Oni pripadaju von Neumannovoj arhitekturi, sada već možete biti sigurni u to. To je zbog činjenice da molekule trebaju zamijeniti elektroničke komponente, a struktura računala ostaje nepromijenjena.

Materijali za molekularnu elektroniku

1. Poliacetilen. 2. Polifenilen-vinilen. 3. Polipirol (X = NH) ili politiofen (X = S). 4. Polianilin (X = NH /N) ili polifenilen sulfid (X = S).