أول كمبيوتر مصنوع من أنابيب الكربون

الحاسبة لديها بالفعل 178 الترانزستورات ونوع من نظام التشغيل

بناء أنابيب النانوكربونات © NASA
قراءة بصوت عال

إنجاز حقيقي: قام الباحثون الأمريكيون لأول مرة ببناء جهاز كمبيوتر كامل الوظائف مصنوع بالكامل من أنابيب الكربون النانوية. يمكنه حساب وفرز الأرقام وتنفيذ مجموعات التعليمات البسيطة. يشغل الكمبيوتر الذي يحتوي على 178 الترانزستورات من الأنابيب النانوية نوعًا من نظام التشغيل البسيط. على الرغم من أن هذا الكمبيوتر النانوتي الأول لا يزال أقل قوة من أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، إلا أنه يثبت أن الأنابيب الصغيرة مناسبة بشكل أساسي كأساس للإلكترونيات من هذا النوع ، كما ذكر الباحثون في مجلة "Nature".

{} 1L

أصغر وأرخص وأكثر قوة: اليوم ، هناك قدر كبير من الطاقة الحاسوبية في هواتفنا الذكية كما هو الحال في جهاز كمبيوتر ناضج. تقلصت الهياكل الموجودة على الرقائق كثيرًا لدرجة أنها أصبحت الآن على بعد بضعة نانومتر. لكن خلال عقد أو عقدين من الزمن ، يُخشى أن يصل المنمنمات إلى حدوده - من بين أشياء أخرى ، لأنه من حجم ترانزستور معين ، تجعل علم الطفرات الكمومية الفيزيائية من تدفق التيار المستحيل أمرًا مستحيلًا.

أنابيب الكربون - ليست مادة بسيطة

لذلك تبحث الصناعة والأبحاث عن تقنيات ومواد جديدة للتغلب على قيود عصر السيليكون. أحد المرشحين الواعدين هو الأنابيب النانوية الكربونية - أنابيب صغيرة مصنوعة من طبقة واحدة من الكربون الملتوي. بمساعدتهم ، يمكن تجاوز الحد الأقصى للأداء لتكنولوجيا السيليكون بنسبة لا تقل عن حجم.

لكن الباحثين لم يتمكنوا حتى الآن من صنع أكثر من بضع دوائر بسيطة. لأن الأنابيب جامحة. أولاً ، ليس كلهم ​​ينمو في خطوط مستقيمة. وهناك عدد قليل من مكامن الخلل والعيوب التي يمكن أن تسبب السراويل القصيرة وغيرها من الأعطال في الدائرة. ثانياً ، بعض الأنابيب من النوع الذي لا يتصرف مثل أشباه الموصلات ، ولكن مثل الأسلاك المعدنية. إنها توصل الكهرباء دائمًا وبالتالي فهي غير مناسبة للترانزستور. عرض

آلة حاسبة Nanotube مع نظام التشغيل

تمكن الآن Max Shulaker من جامعة ستانفورد وزملاؤه من السيطرة على المراحيض النانوية. في العدد الحالي من مجلة "Nature" ، يقدمون أول حاسوب وظيفي مصنوع من الكربون. تبلغ مساحتها بضعة ملليمترات مربعة وتتألف من 178 الترانزستورات.

لبناء جهاز كمبيوتر يعمل ، استخدم الفريق حيلتين. أولاً ، باستخدام خوارزمية معقدة ، قاموا بحساب كيفية إنشاء دارة حتى لا تتضرر الأنابيب النانوية المشوهة. ثانياً ، قاموا بإزالة جميع الأنابيب الموصلة عبر إيقاف تشغيل عينات أشباه الموصلات ومطاردة الكثير من التيار عبر الرقاقة. تتركز الطاقة في الأنابيب النانوية المكسورة وتسخينها لدرجة أنها تفرغ.

على الرغم من أن آلة حاسبة Nanotube لا تنفذ سوى نوع واحد من العمليات الحسابية ، تسمى Subneg. نظريا ، ومع ذلك ، يمكن تنفيذ جميع الأوامر التي يمكن تصوره معها. حصل الباحثون على حاسبة الكربون الخاصة بهم لحساب ، فرز الأرقام ، وتنفيذ بعض الدعاوى القضائية في الثمانينات. "هناك نظام تشغيل بسيط يعمل على الكمبيوتر" ، يوضح Shulaker. يمكنه التبديل بين العمليات المختلفة. لقد حبك للتو ، لكنه يمكنه تنفيذ أي تعليمات تعسفية من أي جهاز كمبيوتر. "

التطبيقات التجارية في عشر سنوات

الكمبيوتر ستانفورد لا يزال لا يستطيع التنافس مع تكنولوجيا السيليكون الحديثة. "من حيث الأداء ، هذا الكمبيوتر بعيد عن أن يكون قادرًا على التنافس مع المعايير الحالية" ، كتب فرانز كريوبل من الجامعة التقنية في ميونيخ في تعليق مرفق. "لكن إذا تم بناء هذا الجهاز في عام 1955 ، فيمكنه ذلك." لا يزال لدى المطورين الكثير من العمل للقيام به.

رقاقة الكمبيوتر التقليدية SXC

ولكن في الوقت الراهن المبدأ مهم. يقول سوباشيش ميترا ، أحد المؤلفين المشاركين ، إنه ليس مجرد كمبيوتر مصنوع من أنابيب الكربون النانوية. "يتعلق الأمر بتغيير الاتجاه الذي يظهر أنه يمكننا بناء شيء حقيقي بمساعدة التقنيات النانوية التي تتجاوز السيليكون والقرينات." يأمل الكاتب الأول شولكر أن يصبح شيئًا حقيقيًا في غضون عشر سنوات تقريبًا. تظهر أنابيب الكربون في التطبيقات التجارية الأولى.

وماذا عن كل المليارات التي استثمرت الشركات في مصانع رقائق السيليكون؟ عدد لا يحصى من المعالجات الحالية التي تعتمد على هذه المواد؟ هل يمكننا أن نتحرك ونفشل ونرميهم ، وهل يجب أن يغرق الكربون؟ ليس تماما. "من غير المرجح أن يستيقظ الناس ذات يوم ويضعون السيليكون خارج النافذة" ، يعترف شولكر. لكن دوائر الكربون متوافقة مع أقاربهم الناجحين: "من السهل تخيل إضافة شريحة سيليكون عن طريق وضع دائرة أنابيب الكربون النانوية فوقها". 2013 ؛ دوي: 10.1038 / nature12502)

(الطبيعة ، 26.09.2013 - NSC / NPO)