Οι ερευνητές της ΙΒΜ δημιουργούν το πρώτο κύκλωμα με ένα μόνο μόριο

Από την σελίδα του Scientific American, 27 Αυγούστου 2001

Σε ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα, οι μηχανικοί της ΙΒΜ κατασκεύασαν ένα κύκλωμα υπολογιστή από ένα μόνο νανοσωλήνα άνθρακα. Στηριγμένος σε προγενέστερη εργασία, ο Φαίδων Αβούρης και οι συνεργάτες του μετέτρεψαν τον νανοσωλήνα - ουσιαστικά ένα φύλο από άτομα άνθρακα τυλιγμένο γύρω από ένα υπέρλεπτο σωληνίσκο - σε μετατροπέα τάσης δηλαδή σε μια πύλη ΝΟΤ η οποία είναι μια από τις τρεις βασικές λογικές πύλες που χρησιμοποιούν σήμερα οι υπολογιστές. Η ομάδα παρουσίασε την εργασία της στο 222ο συνέδριο της Ένωσης Αμερικανών Χημικών και δημοσίευσε και μια εργασία στο τεύχος Αυγούστου του περιοδικού Nano Letters.

"Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι τώρα ο κύριος υποψήφιος για ν' αντικαταστήσουν το πυρίτιο όταν η περαιτέρω σμίκρυνση των διαστάσεων των κυκλωμάτων θα γίνει αδύνατη. Κάτι τέτοιο αναμένεται να συμβεί σε 10 ή 15 χρόνια περίπου," λέει ο Αβούρης. "Τέτοιοι νανοσωλήνες στην εποχή μετά το πυρίτιο, μπορούν να οδηγήσουν σε απίστευτη πρόοδο στους τομείς της σμίκρυνσης και της ισχύος των ηλεκτρονικών ."

Τον περασμένο Απρίλιο οι επιστήμονες της ΙΒΜ ανέπτυξαν ένα νέο τρόπο δημιουργίας τρανζίστορς από συστοιχίες νανοσωλήνων άνθρακα. Οι νανοσωλήνες όμως αυτοί ήταν τύπου-p όπως λέγονται, δηλαδή χρησιμοποιούσαν ως φορείς του ρεύματος τις θετικές οπές αντί για τα αρνητικά ηλεκτρόνια. Για να κατασκευαστεί μια πύλη ΝΟΤ - η οποία ουσιαστικά μετατρέπει ένα εισερχόμενο bit δυαδικού κώδικα από 0 σε 1 ή αντίστροφα - χρειάζεται τρανζίστορ τύπου-n όπου οι φορείς του ρεύματος είναι τα ηλεκτρόνια.

Το ξεπέρασμα της δυσκολίας ήρθε πρόσφατα όταν η ομάδα του Αβούρη βρήκε ότι μπορούσε να μετατρέψει τα τρανζίστορς νανοσωλήνων τύπου-p σε τρανζίστορς τύπου-n απλώς θερμαίνοντάς τα σε κενό. Όχι μόνο κατάφεραν οι επιστήμονες να μετατρέψουν έναν ολόκληρο νανοσωλήνα, αλλά διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να μετατρέψουν και ένα μόνο μέρος του. Με τον τρόπο αυτό δημιούργησαν την πύλη ΝΟΤ από νανοσωλήνα άνθρακα.

Για την δημιουργία της συσκευής, η ομάδα πρώτα τοποθέτησε τον νανοσωλήνα (εμφανίζεται με μπλε χρώμα στο παραπάνω σχήμα) πάνω σε ηλεκτρόδια χρυσού για να δημιουργηθούν 2 τρανζίστορς -p τύπου σε σειρά. Πρόσθεσαν τότε ένα μονωμένο στρώμα ΡΜΜΑ και άνοιξε ένα παράθυρο σ' αυτό για ν' αποκαλυφθεί μέρος του νανοσωλήνα. Το Κάλιο που διέρχεται μέσα από το παράθυρο μετατρέπει το ένα τρανζίστορ-p σε τρανζίστορ τύπου -n. Σημαντικό είναι ότι το ρεύμα στον νανοσωλήνα άνθρακα της πύλης ΝΟΤ εξέρχεται ισχυρότερο απ' ότι εισέρχεται. Η ενίσχυση αυτή είναι απαραίτητη για οποιονδήποτε σχεδιασμό κυκλώματος. Επειδή ό παράγων ενίσχυσης είναι της τάξης του 1,6 ο Αβούρης πιστεύει ότι θα μπορέσουν να κατασκευαστούν πιο πολύπλοκα κυκλώματα μ' ένα μόνο νανοσωλήνα.

Οι επιστήμονες ψάχνουν ήδη για την αντικατάσταση των chips πυριτίου, γιατί μέσα στα 10 με 15 επόμενα χρόνια αναμένεται να μην είναι πλέον δυνατή η βελτίωσή τους σε μέγεθος και ταχύτητα. Η επιλογή τους είναι ο άνθρακας επειδή είναι η ισχυρότερη ίνα στη φύση, 10 φορές πιο γερή από το ατσάλι. Πλεονεκτεί επίσης γιατί μεταξύ των ατόμων άνθρακα δημιουργείται ένας πολύ ισχυρός δεσμός, ο ίδιος δεσμός που κάνει το διαμάντι τόσο σκληρό. Η IBM ελπίζει στην ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής σε δύο χρόνια, αν και θα χρειαστούν 10 με 15 χρόνια για να μπει το προϊόν στην αγορά