Добавить новость
«Время электроники»
Новости сегодня

Новости от TheMoneytizer

Вычисления за пределами кремния

Уменьшение размеров транзисторов способствовало прогрессу в вычислительной технике с 1950-х годов, но эта стратегия подходит к концу.

Самые передовые чипы, которые сейчас производятся серийно, в том числе процессоры Apple A17 Pro и M4, созданные по 3-нм техпроцессу TSMC, содержат транзисторы с длиной физического затвора менее 15 нм. При таких размерах электроны туннелируют через барьеры, которые должны их блокировать, что приводит к утечке тока даже при выключенных транзисторах.

Это приводит к потере энергии, выделению тепла и снижению эффективности, которая когда-то повышалась с каждым новым поколением транзисторов меньшего размера. Экономические показатели также неутешительны: строительство фабрики по производству 3-нм чипов обходится более чем в 20 миллиардов долларов.

Эта ситуация привела к разработке к радикально иного подхода. Что, если бы отдельные молекулы служили электронными компонентами? Идея зародилась в 1974 году, когда теоретики Арье Авирам и Марк Ратнер предположили, что одна органическая молекула с донорской областью электронов на одном конце и акцепторной областью электронов на другом конце может функционировать как выпрямитель («Письма по химической физике», «Молекулярные выпрямители»)

Поскольку электроны легче перемещаются от донора к акцептору, чем в обратном направлении, такая молекула будет проводить ток преимущественно в одном направлении. Это предположение положило начало целому направлению исследований, но для его проверки требовалась возможность контактировать с объектами размером всего в один нанометр, определять их положение и измерять их. Надежные эксперименты стали возможны только после десятилетий кропотливой технической работы.

В новом исследовании, опубликованном в Nanowerk, рассматриваются технологии производства, функциональные устройства и стратегии интеграции, а также показано, что молекулярная электроника превратилась из теории в серьёзную перспективную технологию. Потенциальная плотность может достигать 10¹⁴ устройств на квадратный сантиметр — примерно в 1000 раз больше, чем у современных кремниевых чипов.

Молекулярная электроника работает по совершенно иным принципам, чем обычные микросхемы. Вместо того чтобы перемещаться по непрерывным материалам, заряд проходит через молекулярные соединения посредством квантового туннелирования. Проводимость экспоненциально снижается по мере увеличения длины молекулы, то есть более длинные молекулы проводят меньше тока.

Квантовая интерференция обеспечивает дополнительный уровень контроля. В молекулах на основе бензола электроны могут двигаться по нескольким траекториям, которые либо усиливают, либо ослабляют друг друга. Когда соединения располагаются на противоположных концах кольца (пара-конфигурация), интерференция является конструктивной, что обеспечивает высокую проводимость. При других расположениях (мета-конфигурация) интерференция является деструктивной, что снижает проводимость на несколько порядков. Эти эффекты позволяют добиться поведения, невозможного в обычных полупроводниках.

Для создания молекулярных соединений требуются электроды, расположенные на расстоянии менее 3 нанометров друг от друга. В статических соединениях используются фиксированные зазоры, создаваемые такими методами, как электромиграция или контакт самоорганизующихся молекулярных слоёв с жидкими металлами, а углеродные электроды могут улучшить связность. Динамические соединения многократно образуют и разрывают контакты для сбора данных. Методы включают механически управляемые разрывные соединения, разрывные соединения сканирующего туннельного микроскопа и системы на основе MEMS, автоматизирующие измерения. Тысячи циклов генерируют гистограммы, показывающие характерную проводимость отдельных молекул. Вертикальные каналы, называемые сквозными кремниевыми переходами, могли бы соединять сложенные друг на друга слои молекул, а для горизонтальной проводки можно было бы использовать такие металлы, как медь или рутений.

Однако высокая температура представляет собой серьёзную проблему: органические молекулы разрушаются при температуре выше 392 °F, а стандартные процессы производства микросхем превышают 752 °F. Исследователи предлагают добавлять молекулы только на последних этапах производства. Точное размещение возможно с помощью ДНК-оригами, которое позволяет сворачивать ДНК в наноразмерные структуры для позиционирования молекул. Первые применения показывают многообещающие результаты: молекулярные мемристоры могут обеспечить мозгоподобные вычисления, а молекулярные датчики могут отслеживать отдельные химические реакции, выявляя детали, невидимые при использовании традиционных методов.

 
 
 

Сообщение Вычисления за пределами кремния появились сначала на Время электроники.

Читайте на сайте


Smi24.net — ежеминутные новости с ежедневным архивом. Только у нас — все главные новости дня без политической цензуры. Абсолютно все точки зрения, трезвая аналитика, цивилизованные споры и обсуждения без взаимных обвинений и оскорблений. Помните, что не у всех точка зрения совпадает с Вашей. Уважайте мнение других, даже если Вы отстаиваете свой взгляд и свою позицию. Мы не навязываем Вам своё видение, мы даём Вам срез событий дня без цензуры и без купюр. Новости, какие они есть —онлайн с поминутным архивом по всем городам и регионам России, Украины, Белоруссии и Абхазии. Smi24.net — живые новости в живом эфире! Быстрый поиск от Smi24.net — это не только возможность первым узнать, но и преимущество сообщить срочные новости мгновенно на любом языке мира и быть услышанным тут же. В любую минуту Вы можете добавить свою новость - здесь.




Новости от наших партнёров в Вашем городе

Ria.city
Музыкальные новости
Новости России
Экология в России и мире
Спорт в России и мире
Moscow.media






Топ новостей на этот час

Rss.plus





СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *