Transistor φτιαγμένα από ένα μόριο

Από σελίδα του MSNBC 7 Νοεμβρίου 2001

Όταν δύο επιστήμονες από τα Εργαστήρια Bell ανακάλυψαν το τρανζίστορ το έτος 1947, ήταν τόσο μεγάλο όσο ένα ρολόι χειρός. Τώρα, μια άλλη ομάδα των εργαστηρίων Bell έφτιαξε ένα τρανζίστορ από ένα μόνο μόριο — τόσο μικρό όσο να χωρέσουν περίπου 10 εκατομμύρια από αυτά σε μια κεφαλή μιας καρφίτσας. “Μπορεί να γίνει η αρχή μιας νέας εποχής,” είπε ο αντιπρόεδρος των εργαστηρίων Bell Federico Capasso.

Οι επιστήμονες προβλέπουν πως τα τρανζίστορ πυριτίου, το βασικό στοιχείο για τους σημερινούς υπολογιστές, αναμένονται  να γίνουν αρκετά μικρότερα, όσο είναι φυσικώς δυνατόν στη δεύτερη δεκαετία του αιώνα. Τα οργανικά nanotransistors αντιπροσωπεύουν ένα νέο βήμα για τους υπολογιστές, που επεκτείνεται πέρα από το σημερινό φράγμα αφού μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε υπολογιστές πάνω σε χαρτί, ενδύματα και οπουδήποτε αλλού.

Το νανο-τρανζίστορ είναι 50.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας και έχει την ικανότητα να ενσωματώνεται σε πλαστικό ή άλλο συνθετικό υλικό, κάτι που τα σημερινά τρανζίστορ πυριτίου δεν μπορούν να κάνουν.

“Μπορεί κανένας να σκεφτεί για εύκαμπτα ηλεκτρονικά και μερικά πράγματα που το πυρίτιο δεν μπορεί να κάνει, ” είπε ο φυσικός Hendrik Schon επικεφαλής της τριμελούς ομάδας των Bell.  "Για παράδειγμα μπορεί να ενσωματωθεί σε πιστωτικές κάρτες ή και σε ρούχα ακόμη".

Η εφεύρεση από τον Schon και τους χημικούς Zhenan Bao και Hong Meng απειλεί να κάνει το νόμο του Moore — το αξίωμα που ονομάζεται έτσι από έναν συνιδρυτή της εταιρίας Intel, που πρόβλεψε ότι ο αριθμός των τρανζίστορς πάνω σε ένα κομμάτι πυριτίου, θα διπλασιαζόταν κατά προσέγγιση κάθε 18 μήνες   —μια υποσημείωση στην Ιστορία.

“Πιστεύω πως αυτή η ανακάλυψη θα εμφανίσει περισσότερο ή λιγώτερο  ... το τελευταίο όριο για το νόμο του Moore ,” είπε ο Schon.

Η πιό πρόσφατη έρευνα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science.

Μοιάζει με μία συσκευή πυριτίου

Ο καθηγητής του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ David Goldhaber-Gordon, αποκάλεσε τη συσκευή "πραγματικά αξιοθαύμαστη. Πραγματικά φαίνεται σε όλο τον κόσμο, σαν ένα τυπικό τρανζίστορ πυριτίου αλλά έχει καλύτερες παραμέτρους", είπε.

Οι μικρότερες κρυσταλλολυχνίες (τρανζίστορς) κάνουν γενικά ταχύτερες συσκευές. Η Intel και άλλοι κατασκευαστές chips συμπιέζουν εκατομμύρια κρυσταλλολυχνίες σε έναν ενιαίο μικροεπεξεργαστή, μέσα στους ισχυρούς υπολογιστές. Και οι τεχνικές που απαιτούνται κάνουν να είναι αυτοί οι υπολογιστές πολύ ακριβοί.

Το νέο τρανζίστορ είπε, ο Schon, θα κοστίζει φθηνά και μπορεί να γίνει σε ένα συνηθισμένο εργαστήριο, παρά στο -εξαιρετικά άκρας καθαρότητας- εργαστήριο που χρησιμοποιούν τώρα οι κατασκευαστές των chips. Επίσης ο ίδιος απεκάλεσε το νέο τρανζίστορ το 'έσχατο όριο της ελαχιστοποίησης'. Και περιμένει να δοκιμαστεί και να βελτιωθεί επί αρκετά χρόνια, πριν χρησιμοποιηθεί στο εμπόριο.

Η ομάδα του Schon χρησιμοποίησε “συνδεδεμένα μόρια” που φτιάχνονται από άνθρακα, το υδρογόνο και το θείο. Το διάλυμα χύνεται από ένα δοχείο επάνω σε χρυσά ηλεκτρόδια, και το τρανζίστορ φτιάχτηκε μόνο του. 

Το τρανζίστορ που φτιάχθηκε ονομάζεται FET (Field Effect Transistor) και ο Schon ανέφερε πως "το FET είναι οι πηγές ενέργειας των μοντέρνων ηλεκτρονικών".

Νανοκαλώδια από το Χάρβαρντ

Ερευνητές επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ ανακοίνωσαν πως κατάσκευσαν νανο-καλώδια που εμφανίζουν ημιαγώγιμες ιδιότητες και μπορούν να συναρμολογηθούν μόνα τους σε απλό κύκλωμα. Η διαδικασία αυτή μοιάζει με τη βιολογική ανάπτυξη ενός οργανισμού.

Τα νανοκαλώδια υπακούουν στους νόμους της κβαντομηχανικής, αφού οι διαστάσεις τους συγκρίνονται με τα άτομα. Ο υπεύθυνος καθηγητής Τσαρλς Λίεμπερ προβλέπει πως η συνέχεια της ερευνητικής προσπάθειας θα οδηγήσει σε κβαντικούς υπολογιστές από αυτά τα νανο-καλώδια.

Μεγάλοι διασκελισμοί, μεγάλες προκλήσεις

Οι επιστήμονες κάνουν μεγάλες προόδους στους οργανικούς υπολογιστές. Ακριβώς έναν μήνα πριν, στο περιοδικό Nature, η ομάδα του Schon ανέφερε ότι δημιούργησαν μια κρυσταλλολυχνία (τρανζίστορ) από μια συστοιχία-ομάδα μορίων, με  ηλεκτρόδια που χωρίζονται από το μήκος ενός ενιαίου μορίου.

Τον Αύγουστο, οι ερευνητές της ΙΒΜ δημιούργησαν ένα απλό λογικό κύκλωμα με έναν νανοσωλήνα από άνθρακα, μιά μορφή ενιαίου μορίου πολλών ατόμων του άνθρακα.

Ο Goldhaber-Gordon είπε ότι οι ερευνητές έχουν επενδύσει πάρα πολύ στο πυρίτιο, που το βλέπουν να αντικαθίσταται από τους μοριακούς ξαδέλφους του πολύ σύντομα, αλλά δήλωσε πως το νέο μικρό μέγεθος της συσκευής θα ήταν χρήσιμο και για βιολογικούς αισθητήρες.

Βέβαια κάποιος μπορεί να πάει ακόμη και σε πιό μικρότερες διαστάσεις από τα μόρια, όπως ξέρει ο οποιοσδήποτε σπουδαστής της χημείας. Ενώ ο Schon είπε πως είναι δύσπιστος για τις θεωρίες σχετικά με τα ατομικά και υποατομικά κβαντικά τρανζίστορ, αυτός δεν προχωρά τόσο πολύ ώστε να μην αμφισβητηθεί η ευστροφία των μελλοντικών εφευρετών.