Молекулни компютри: характеристики, история на създаването

Ако компютърните технологии продължават да се развиват със същата скорост както днес, буквално след десет години можете да очаквате компютрите да станат 1000 пъти по-мощни. Твърдите дискове ще могат да съхраняват повече информация 10 000 пъти. Вероятно този пробив няма да бъде свързан със силиконови чипове, които вече са достигнали границите на своите възможности.

Уроци от природата

В опит да се изградят компютри с подробности на молекулярно ниво, учените копират природата. Молекулните събрания са основният компонент за създаването на нанокомпютри (биокомпютри, молекулярни компютри). Понастоящем компютърната технология е доминирана от „подход надолу по веригата“, който включва премахване на ненужните материали от големи обекти. Например при създаването на силициеви чипове се използва литография. Но тази техника не позволява да се намалят електронните компоненти до размера на атома.


Следователно, за да получат по-бързи и по-мощни компютри на утрешния ден, учените са се обърнали към „подход отдолу нагоре“. Тя се основава на сглобяването на молекулярни структури. Тази идея е взета от природата, която използва различни градивни елементи, когато създава молекули нуклеинови киселини. Процесът на потока на независима колекция от молекули ще бъде обусловен от следните условия:
  • термодинамични фактори (силата на взаимодействие на молекулите);
  • кинетични фактори (скорост на изграждане);
  • сили, които държат цялата структура заедно.
  • Историясъздаване на компютри, базирани на молекулярни

    Още през 1974 г. ученикът Марк Ратнър ​​и неговият изследователски директор Ария Авирам докладваха за възможностите за миниатюризиране на електронните компоненти до размера на молекулата. Авирам предложи революционна идея да замени силициевите транзистори и диоди с отделни органични молекули.


    Теоретично беше описана изходната точка за такава научна революция като "молекулен токоизправител". Въз основа на името, това устройство е проектирано да преобразува AC в константа. Идеята на Ратнър ​​и Авирам обаче първоначално не намери подходяща подкрепа и не стигна до нищо. Само няколко години по-късно, в началото на 80-те години, една малка група учени поеха усилията си и започнаха да ги въплъщават. По това време се ражда молекулярна електроника.

    Етапи на развитие на молекулярната електроника

    По време на своето съществуване най-значимите пробиви в областта на молекулярните компютри се характеризират с три периода: 1974 г. (произход), 80-те години на миналия век (възстановяване на изследванията), началото на 2000 г. век (поредица от открития и открития). През 2015 г. бързият растеж в този сектор се забави донякъде, което все още не ни позволява да кажем, че в близко бъдеще силициевите компоненти ще бъдат потискани от молекулярни. Кои характеристики на молекулярните компютри ще позволят да се постигнат нови технологии? Отговорът на този въпрос е на повърхността. На първо място, това е значително намаляване на размера, увеличена скорост и разширяване на паметта.

    Същността на революциятаАвирам и Ратнер

    Предполага се, че молекулата се разглежда като полупроводников диод. Една част от него действа като донор на електрони и е аналогична на n-домейна на диода. Втората част действа като приемник на електрони и съответства на р-областта на диода. Когато напрежението се приложи към краищата на молекулата, електроните ще започнат да се движат от единия до другия край. Прилагането на напрежението с противоположния знак ще предотврати движението на електроните.
    В подкрепа на своята концепция, американски учени предложиха модел на молекулен токоизправител. Той представлява отделна молекула, в единия край на която протича променлив ток, а в другия е постоянна. Въпреки факта, че това предложение е публикувано в списание „Тайм“, научната общност по онова време не проявяваше голям интерес към нея. И едва в края на 70-те години на миналия век интерес към тази тема показа химикът от Американската военноморска изследователска лаборатория „Forest Carter“.

    Изграждане на компютри, използващи молекулярни технологии

    Основата на почти всяко електронно устройство в наши дни е компонент като транзистор. Компютърните технологии през следващите години ще бъдат насочени към намаляване на размера на този компонент.
    Фигурата показва прилагането на група от молекули за създаване на квантован и контролиран поток от зареждания при стайна температура. Транзисторът има три зони - база, колектор и емитер. Когато токът тече между колектора и излъчвателя, транзисторът е отворен. Напрежението, приложено към основата, докато превишава някои маргиналнистойност. Когато напрежението е по-ниско от праговата стойност, транзисторът се затваря.
    При създаването на молекулярни устройства се планира да се използват същите принципи. Устройствата, изградени върху молекули, като силициевите транзистори, ще имат превключващи функции.

    Логически вход от IBM

    Молекулярният логически клапан се състои от две молекули нафталоцианин, които се сканират от върха на нискотемпературния сканиращ тунелен микроскоп. Когато импулс на напрежение преминава от единия край на молекулата към друг, два водородни атома в съседни молекули (показани в бяло в центъра на молекулата) променят позицията си. В този случай, цялата молекула се премества от състоянието на "включено" към "изключено". Това устройство ще бъде логична порта - един от основните компоненти на компютърните чипове и градивен елемент за молекулярните компютри.

    Обхват на молекулярните компоненти

    Блок ансамблите са намерили своето приложение при създаването на дисплеи. Последните разработки в областта на молекулярната електроника включват светодиоди, състоящи се от една молекула, и транзистори на въглеродни нанотръби, свързани с силиций в монолитен интегриран чип. Учени от еврейския университет в Ерусалим бяха поканени да създадат молекулярни ДНК-базирани нанопроводи. Те ще бъдат алтернатива на медните проводници. В Колумбийския университет в Ню Йорк се изчислява коефициентът на изправяне на диода на отделна молекула - повече от 200 пъти.

    Изследователите от Университета в Jyväskylä (Финландия) са разработили молекулярната памет на компютъра. Този тип памет може да запаметява посоката на магнитното поле за дълъг период от време, след като е изключен при екстремни ниски температури. В бъдеще това откритие ще увеличи капацитета на твърдите дискове, без да увеличава размера им.

    Компютри на бъдещето

    Въпреки факта, че в молекулярната електроника са направени редица открития, снимки на молекулярния компютър в интернет няма да бъдат намерени. Това е така, защото все още няма такъв компютър. Но в близко бъдеще можем да очакваме изобретяването на молекулярни компютри. Те принадлежат към архитектурата на фон Нойман, вече можете да сте сигурни в това. Това се дължи на факта, че молекулите трябва да заменят електронните компоненти, а структурата на компютъра остава непроменена.

    Материали за молекулярна електроника

    1. Полиацетилен. 2. Полифенилен-винилен. 3. Полипирол (X = NH) или политиофен (X = S). 4. Полянилин (X = NH /N) или полифениленов сулфид (X = S).

    Свързани публикации