Pokud se počítačová technologie stále vyvíjí stejnou rychlostí jako dnes, doslova za deset let můžete očekávat, že se počítače stanou 1000krát silnějšími. Pevné disky budou moci ukládat více informací 10 000krát. Je pravděpodobné, že tento průlom nebude spojen s křemíkovými čipy, které již dosahují svých možností.
Poučení z přírody
Při pokusech o budování počítačů s detaily na molekulární úrovni vědci kopírují povahu. Molekulární sestavy jsou hlavní součástí tvorby nanočinných počítačů (biocomputerů, molekulárních počítačů). V současné době je počítačová technologie ovládána "downstreamovým" přístupem, který zahrnuje odstranění zbytečného materiálu z velkých objektů. Například při vytváření křemíkových čipů se používá litografie. Tato technika však neumožňuje redukovat elektronické součásti na velikost atomu.
Proto, aby se zajistily rychlejší a výkonnější počítače zítřka, vědci se obrátili na "přístup zdola nahoru". Je založen na sestavení molekulárních struktur. Tato myšlenka byla převzata z přírody, která při vytváření molekul nukleových kyselin používá různé stavební kameny. Proces toku nezávislé sbírky molekul bude podmíněn následujícími podmínkami:
V roce 1974 student Marc Ratner a jeho nadřízený Aryeh Avyram informováni o možnostech miniaturizace elektronických součástek k velikosti molekuly. Aviram navrhl revoluční myšlenku nahradit křemíkové tranzistory a diody jednotlivými organickými molekulami.
Bylo teoreticky popsán výchozí bod pro tento vědecké revoluce „molekulární usměrňovače“. Na základě názvu je toto zařízení navrženo tak, aby přeměnila AC na konstantu. Nicméně myšlenka Ratnera a Avirama nejprve nenalezla náležitou podporu a nepřišla k ničemu. Jen pár let na počátku 80. let malá skupina vědců zapojených do svých míst a začal je realizovat. V této době se narodila molekulární elektronika.
Fáze molekulární elektronice
Od svého vzniku, nejvýznamnější objevy v molekulární počítače jsou charakterizovány ve třech obdobích: 1974 (počátku), 80. let minulého století (studie zotavení), na začátku 2000s 21 století (série průlomů a vynálezů). V roce 2015, rychlý růst v této oblasti je o něco pomalejší, že není naznačuje, že v blízké budoucnosti křemíku bude tlačen molekulární složky. Jaké vlastnosti molekulárních počítačů umožní dosáhnout nových technologií? Odpověď na tuto otázku leží na povrchu. V první řadě je to významné snížení velikosti, zvýšení rychlosti a rozšíření paměti.
Podstata revoluceAviram a Ratner
Molekula má být považována za polovodičovou diodu. Jedna jeho část působí jako dárce elektronů a je analogická n-doméně diody. Druhá část působí jako přijímač elektronů a odpovídá p-doméně diody. Když je napětí na okrajích molekuly aplikováno, elektrony se začnou pohybovat z jednoho konce do druhého. Použití napětí s opačným znaménkem zabrání pohybu elektronů. Američtí vědci na podporu své koncepce navrhli model molekulárního usměrňovače. Představuje samostatnou molekulu, na jejímž konci proudí střídavý proud, a v druhém je konstantní. Navzdory skutečnosti, že tento návrh byl publikován v časopisu Time, vědecká komunita v té době odhalila malý zájem na tom. A teprve koncem sedmdesátých let minulého století projevil zájem o toto téma chemik US Navy Laboratory Forest Carter.
Výstavba počítačů s využitím molekulárních technologií
Základem prakticky jakéhokoli elektronického zařízení v dnešní době je složka, jako je tranzistor. Počítačová technologie v příštích letech bude zaměřena na snížení velikosti této komponenty.
Obrázek ukazuje použití clusteru molekul k vytvoření kvantovaného a řízeného toku nábojů při pokojové teplotě. Tranzistor má tři oblasti - základnu, sběrač a emitor. Když proud proudí mezi kolektor a emitor, je tranzistor otevřený. Napětí působící na základnu překračuje hranicivýznam. Pokud je napětí nižší než prahová hodnota, tranzistor se uzavře. Při vytváření molekulárních zařízení se plánuje používat stejné zásady. Zařízení založená na molekulách, jako jsou křemíkové tranzistory, budou mít spínací funkce.
Logická brána od společnosti IBM
Molekulární logický ventil se skládá ze dvou molekul naftalokyaninu, které jsou skenovány špičkou nízkoteplotního skenovacího tunelového mikroskopu. Když napěťový impuls prochází od jednoho konce molekuly k druhému, mění se jejich poloha dva atomy vodíku v sousedních molekulách (znázorněné v bílém středu molekuly). V tomto případě se celá molekula posouvá ze stavu "zapnuto" do "vypnuto". Toto zařízení bude logickou branou - jednou z hlavních komponent počítačových čipů a stavebnicí pro molekulární počítače.
Rozsah molekulárních složek
Blokové soubory našly svou aplikaci při vytváření displejů. Nedávný vývoj v molekulární elektronice zahrnuje světelné diody sestávající z jedné molekuly a tranzistory na uhlíkových nanotrubkách spojené s křemíkem v monolitickém integrovaném čipu. Vědci z Židovské univerzity v Jeruzalémě byli vyzváni, aby vytvořili nanočástice založené na molekulární DNA. Budou alternativou k měděným vodičům. Na Kolumbijské univerzitě v New Yorku byl vypočten koeficient rovnání diody na samostatné molekule - to bylo více než 200krát.
Výzkumníci na univerzitě v Jyväskylä (Finsko) vyvinuli molekulární paměť počítače. Tento typ paměti může paměťovat směr magnetického pole po dlouhou dobu poté, co byl vypnut při extrémně nízkých teplotách. V budoucnu tento objev zvýší kapacitu pevných disků bez zvýšení jejich velikosti.
Počítače budoucnosti
Navzdory tomu, že v molekulární elektronice došlo k několika průlomům, nebudou nalezeny fotografie molekulárního počítače na internetu. Je to proto, že ještě žádný takový počítač neexistuje. Ale v blízké budoucnosti můžeme očekávat vynález molekulárních počítačů. Patří k architektuře von Neumanna, můžete si to už teď být jisti. To je způsobeno skutečností, že molekuly by měly nahrazovat elektronické součástky a struktura počítače zůstává nezměněna.
