據(jù)英國學術雜志《自然》報道,斯坦福大學研發(fā)人員開發(fā)出了全球首臺基于碳納米晶體管技術的計算機,并已經成功測試運行,這表明人類未來在開發(fā)新型電腦設備時有望擺脫對硅晶體技術的依賴。
斯坦福大學項目研究小組出版論文聯(lián)合作者馬克斯-夏拉克爾(Max Shulaker)說:“這是人類利用碳納米管生產的最復雜的電子設備。關于納米技術有非常多極具創(chuàng)意的應用,但人們從未想過該技術能夠以如此實際、實用的方式被利用?!?/p>
夏拉克爾團隊研發(fā)的首臺納米電腦僅采用了178個晶體管,不過該設備只能運行支持計數(shù)和排列等簡單功能的操作系統(tǒng)。
碳納米管在1991年被日本NEC公司的飯島博士發(fā)現(xiàn),作為一維納米材料,碳納米管具有重量輕,六邊形結構連接完美的特點,并且擁有許多異常的力學、電學和化學性能。
夏拉克爾表示:“與傳統(tǒng)晶體管相比,碳納米管體積更小,傳導性也更強,并且能夠支持快速開關,因此其性能和能耗表現(xiàn)也遠遠好于傳統(tǒng)硅材料?!?/p>
斯坦佛電子工程師Subhasish Mitra說:“硅很好,它很硬。但是當一切變得如此之小時,能否從硅晶體管中獲得更高的性能、更好的節(jié)能性,那就不得而知了?!?/p>
晶體管是現(xiàn)代電子設備的關鍵組件,一個芯片可以包括幾十個億晶體管。碳納米管更小,用它來替代硅可以制造更小的、更快的、更節(jié)能的晶體管。
碳納米管的直徑可以小到1納米。人類的DNA直徑一般是2.5納米,人的手指甲大約每秒生長1納米。
Subhasish Mitra稱,早在1998年時就制造出了碳納米晶體管,“此后人們就有一個夢想,用碳納米管開啟新的電子產品新紀元?!?/p>
然而,碳納米管的研究碰到了障礙??茖W家們發(fā)現(xiàn),要想制造沒有明顯缺陷的碳納米管太困難了。一般來說,采用的方法就是在高溫房間里,用半導體晶圓培育大量碳納米管。通過一系列化學反應,碳納米管就可以萌芽了。在此過程中可能會出現(xiàn)一批無缺陷的碳納米管。但在孕育過程中常常受到自然的干擾,研究者不斷改進技術,獲得的仍然是一些有缺陷的碳納米管。
于是研究者改變了方向,他們不再執(zhí)著地追求無缺陷的碳納米管批次,而是專注于設計可以對缺陷免疫的電腦電路。采用更好的算法,研究者對電路進行排列,就算少數(shù)納米管出現(xiàn)問題,電腦仍然可以運行。
首臺碳納米電腦有178個晶體管,每個包括10-200個碳納米管。設備的大小只有6.5平方毫米,也就是說可以在一角美國硬幣中放40個。如果采用產業(yè)化工廠制造碳納米管,而不是實驗室,它可以制造出更小、更快、更強大的電腦。