Znajdź zawartość

IBM poinformował o dokonaniu dwóch przełomowych odkryć na polu nanotechnologii. Dzięki nim w przyszłości możliwe stanie się tworzenie urządzeń z podzespołów zbudowanych w skali atomowej. Pierwsze z odkryć to technologia umożliwiające zmierzenie magnetycznej anizotropii pojedynczego atomu. Skoro możemy ją zmierzyć, możemy też wykorzystać atom do przechowywania informacji. Dotychczas nikt nie potrafił zrobić tego w odniesieniu do pojedynczego atomu. Anizotropia to, jak wyjaśnia słownik Kopalińskiego występowanie różnych własności fizycznych danego ośrodka w różnych kierunkach (np. inna wytrzymałość drewna na rozerwanie wzdłuż, a inna w poprzek włókna). Dzięki możliwości jej mierzenia wiemy, czy dany atom może utrzymać specyficzną orientację. Jeśli tak, to może on być przełączany pomiędzy stanami reprezentującymi „0” i „1”. Tym samym możliwe stało się, przynajmniej teoretycznie, zbudowanie komórki pamięci składającej się z pojedynczego atomu. W przyszłości możliwe będzie wykorzystanie niewielkich atomowych matryc lub pojedynczych atomów do składowania danych. Naukowcy IBM-a wyliczają, że dzięki ich odkryciu urządzenie wielkości iPoda byłoby w stanie przechowywać całą zawartość serwisu YouTube czy też 30 000 pełnometrażowych filmów. Miniaturowe urządzenie przechowujące olbrzymie ilości danych znajdą mogłyby znaleźć zastosowania na nieznanych nam jeszcze polach. Drugie z osiągnięć IBM-a to stworzenie pierwszego w historii przełącznika składającego się z pojedynczej molekuły, którego przełączenie nie powoduje zmiany kształtu samej molekuły. Naukowcy zatrudnieni prze IBM-a pokazali, jak manipulować dwoma atomami wodoru w naftalocyjaninie, by przełączać je pomiędzy stanami „0” i „1”. Taki przełącznik to podstawowy element przyszłych miniaturowych układów scalonych, które byłyby mniejsze, szybsze i zużywałyby mniej energii niż obecnie wykorzystywane układy scalone. Co prawda już wcześniej naukowcy z IBM-a i innych firm pokazywali przełączniki zbudowane z pojedynczej molekuły, jednak ich przełączaniu towarzyszyła zmiana kształtu, co czyniło przełącznik nieprzydatnym do budowy układów scalonych. Dotychczasowe przełączniki molekularne (których pokazano zaledwie kilka), są złożonymi trójwymiarowymi strukturami. Fakt, że podczas przełączania zmieniają kształt powoduje, iż jest niezwykle trudno umieścić je na stałym podłożu. Tym razem, częściowo dzięki temu, iż zmiana kształtu nie zachodziła, udało się wykorzystać atomy wewnątrz jednej molekuły do przełączenia atomów w drugiej molekule. W ten sposób uzyskano podstawowy element logiczny. IBM podkreśla, że do zastosowania powyższych odkryć w praktyce jest jeszcze długa droga.

Badacze IBM-a zaprezentowali z Zurychu przełącznik składający się z pojedynczej molekuły. Jego ustawienia można zmieniać pomiędzy stanami "włączony" i "wyłączony" za pomocą impulsów elektrycznych. Oba stany są stabilne, a odczyt danych nie prowadzi do zmiany stanu przełącznika. Podczas pokazu badacze IBM-a Heike Riel i Emanuel Lörtscher zmienili stan przełącznika ponad 500 razy. Wykorzystana molekuła organiczna ma średnicę 1,5 nanometra, jest więc około stukrotnie mniejsza niż elementy obecnie wykorzystywane do tych zamych zadań. Molekułę wyprodukował zespół profesora Jamesa M. Toura z Rice University w Houston. Technologia CMOS, którą wykorzystują obecne komputery, osiągnie granicę swych fizycznych możliwości za 10 do 15 lat. Najmniejsze stosowane obecnie struktury w układach scalonych mają wielkość około 40 nanometrów. Ich dalsze zmniejszanie jest koniecznością, jeśli Prawo Moore'a ma zachować ważność. Zakłada ono, że gęstość upakowania tranzystorów w półprzewodniku zwiększa się dwukrotnie co 18 miesięcy. Naukowcy przewidują, że po przekroczeniu granicy 20 nanometrów pojawią się poważne, trudne do przezwyciężenia przeszkody. Poniżej 10 nanometrów technologia CMOS osiągnie swe fizyczne granice. Badania IBM-a dają nadzieję na to, że w przyszłości molekuły organiczne posłużą do budowanie układów pamięci i obwodów logicznych. Elektronika molekularna, korzystająca z molekuł o średnicy jednego nanometra (jedna milionowa milimetra) pozwoli na dalszą, daleko bardziej posuniętą miniaturyzację niż jest to możliwe przy wykorzystaniu współczesnych technik.