Loppet har pågått sedan de första kisel-datapliserna började dyka upp. Hårdvara tillverkare har ständigt varit en-upping varandra i en vanvettighet för att fånga så många transistorer som möjligt i tennare och tinier utrymmen. I 2014 firade Intel utgivandet av processorer med transistorer ca 6 000 gånger mindre än diametern på en enda hårsträng. Detta är emellertid långt ifrån drömmen om att åstadkomma tillverkning av molekylära transistorer. Den 17 juni 2016 kan en grupp forskare i Pekinguniversitetet i Peking ha bevisat att denna dröm kan vara närmare verkligheten än vi tror. När loppet på mindre hårdvara fortsätter kan vi lika väl dyka in i vad det här kan betyda för oss och vilka utmaningar tillverkare kan möta för att försöka göra molekylärstorleksteknik till en verklighet.

Problemet med ordet "Molekyl"

När vi tänker på en molekyl, tänker vi på något utomordentligt litet - något så litet det kan bara observeras med högspecialiserad utrustning. Problemet är att molekyler, till skillnad från atomer, inte alltid kommer i sådana mikroskopiska dimensioner. När någon säger att de har gjort en transistor som består av en enda molekyl, är den första frågan som kommer att tänka på, "Vilken typ av molekyl talar vi om?"

En molekylär kedja kan vara enorm. Polymerer som DNA i varje cell i din kropp kan mäta var som helst från 1, 5 till 3 meter när de sträckt ut helt och det är bara en molekyl. Vi brukar använda saker som vattenmolekyler som referenspunkt för storlek, mäta vid ca 0, 275 nanometer i diameter om du är nyfiken. Ingen av dessa kan korrekt innefatta en korrekt representation av storleken på de transistorer som forskarna i Peking University har utvecklat.

Vad vi vet är att dessa omkopplare är uppbyggda av grafen (ett molekylärt arrangemang av kol som är en atom tjock) elektroder med metylengrupper däremellan. Inget mediautlopp har gett oss en ordentlig aning om hur stor en sådan transistor skulle vara, men det kan vara en säker satsning att vi tittar på något närmare en vattenmolekyl (med tanke på hur små grafen och metylengrupper är) än ett DNA molekyl.

Storlek är inte allt

Medan det är viktigt att se till att du packar så mycket av en stans som möjligt inom en liten mängd utrymme, är det inte bara det du kan göra att minska transistorernas storlek. Tillsammans med en effektiv molekylströmbrytare som har en signifikant högre livslängd (ett år) än sina föregångare (några timmar) har forskarna vid Peking U. också uppnått ett annat genombrott: strömbrytaren kan också kommunicera med foton istället för att flytta elektroner. Fotoner reser mycket snabbare än elektromagnetiska vågor gör (upp till 100 gånger snabbare), vilket innebär att vi skulle kunna ställa in fler transistorer i små utrymmen och ge var och en av de små buggarna en fart som de som Gordon Moore bara kunde ha någonsin drömt om.

Varför denna lilla maskinvara är utmanande

Som med allt vi hanterar på atom- eller molekylivå kan sakerna bli mycket instabila. Till exempel har elektromagnetiska fält en stark tendens att orsaka att atomstrukturerna av metaller och andra ledande material ändras någonsin så lite. Ett sådant skift kan tolkas som en signal. Mikroskopiska "korn" av material på atomnivå kan också leda till att transistorer fungerar felaktigt. Peking U.-forskarna har hittills lyckats skapa en strömbrytare som kan aktivera och avaktivera över hundra gånger med en hållbarhet på ett år. Även om detta är en underbar prestation som det står, tvivlar jag på att många människor skulle vara glada att ha en dator med livslängden hos en cancerframkallad hamster. Den första verkliga utmaningen är att isolera den mikroelektroniska miljön på ett sådant sätt att det kan löpa i mer än ett decennium.

Även om en livskraftig, starkt hållbar molekylärbrytare äntligen byggs av någon, blir det helt enkelt en helt ny utmaning att få detta till en strömlinjeformad tillverkningsprocess. Under överskådlig framtid är integrerade kretsar go-to-metoden för intern hårdvarukommunikation. Att få detta skrymmande system att fungera med molekylära omkopplare är nästan omöjligt. För att lägga till förolämpning på skador, måste man mäta saker i de små mellanrummen mellan molekyler (som du behöver göra för att läsa inlagrade data) kräver högspecialiserade miljöer som behöver mycket energi att behålla.

Takeaway

Strävan att ha byter storleken på några av de minsta molekylerna mänskligheten kan manipulera är mycket frestande och håller mycket lovande. Det vill säga om tillverkare kan komma igenom hinder som att kräva kryogena temperaturer för att läsa data, bli av med klyftan i anslutning mellan molekyler och elektromagnetiska kretsar och på något sätt mildra den här små tekniken när den testas i verkliga världen. Om de kan hoppa genom dessa hoops, så, ja, molekylär växlingsteknik kommer säkert att skapa en revolution som helt och hållet gör nuvarande integrerade kretsar och kiselbaserade chips föråldrade.

När tror du att vi kommer att kunna övervinna alla dessa utmaningar? Berätta för oss i en kommentar!