دانشمندان موفق به ابداع ترانزیستورها و حافظه‌های فلشی بسیار کوچک‌تر از نمونه‌های کنونی شده‌اند. هر یک از این دستاوردها می‌تواند به تحولی در ابعاد پردازشگر‌ها و حافظه‌های فلش منجر شود.
بیش از 40 سال است که با آهنگ قابل توجهی بر قدرت پردازشگرهای رایانه‌ای افزوده و در عین حال از ابعاد آنها کاسته می‌شود. خیلی سخت می‌توان نقطه پایانی برای این روند قائل شد، چه آن‌که مهندسان هر از چندگاهی نقطه‌ای را برای بهبود این وسایل الکترونیکی تعیین می‌کنند و هر روز خود را به آن نقاط نزدیک‌تر می‌کنند. با این حال مدتی است که این روند توسعه دچار رخوت شده است.
در هفته اخیر، شکل‌های جدید و پیشرفته‌تری از ترانزیستورها و حافظه‌ها رونمایی شد که کارشناسان انتظار دارند توسعه و بهبود این محصولات را از کندی و رکود موجود رها کند.
گروهی از محققان آمریکایی توانسته‌اند ترانزیستورهایی را در ابعاد 1000 برابر کوچک‌تر از نمونه‌های امروزی بسازند؛ و گروهی دیگر موفق شده‌اند نمونه‌ای از حافظه فلش را که قادر به ذخیره تمام کتابهای کتابخانه کنگره آمریکا در تنها 10 سانتیمتر است، معرفی کرده‌اند.
سال‌ها پیش، یکی از مدیران اینتل به‌نام مور پیش‌بینی کرده بود که هر هجده ماه یک‌بار، ابعاد ریزتراشه‌ها به نصف، کاهش و سرعت پردازش آنها دو برابر می‌شود. این پیش‌بینی که به قانون مور معروف شده است، سال‌ها است به هدف اصلی تولیدکنندگان سخت‌افزارهای الکترونیکی تبدیل شده و آنها درتلاشند محصولات جدید خود را بر اساس زمان‌بندی قانون مور به بازار عرضه کنند. اما از قرار معلوم، این بار پیشرفت دانشمندان حد قانون مور را هم شکسته است.
اثر دومینو
توماس راسل از دانشگاه ماساچوست و تیم بین‌المللی او، این نظریه را برای اولین بار مطرح کردند که حافظه فلش می‌تواند از آهن‌رباهایی در مقیاس نانو ساخته شود. این گروه به روشی دست یافته‌اند که حافظه را وادار می‌کند با استفاده از اثر آبشاری که مشابه دومینو عمل می‌کند، خودش را بسازد.
آنها دریافته‌اند که می‌توان با کاهش استحکام یک صفحه مشخص در قرص سیلیکون یا یاقوت کبود، بلور بسیار منظمی را به طور دقیق و حساب‌شده‌ای ناپایدار کرد. برای ناپایدار شدن و بازچینش اتم‌ها، بلور تا حدود 1400 درجه سانتی‌گراد حرارت دریافت می‌کند و فرورفتگی‌هایی در امتداد قرص به صورت دندان اره‌ای پدید می‌آید.
این الگو سپس در پلیمرهای شفرد به‌کار برده می‌شود و به طور مرتب در مقیاس نانو تکرار می‌شود تا پوششی برای پدید آوردن آرایه‌ای از آهن‌رباهای نیکلی بسازد. هر یک از این آهن‌رباها می‌توانند یک بیت دیجیتال، یعنی صفر یا یک را در جهت مغناطیسی شمالی-جنوبی ذخیره کنند.
داده‌های متراکم
راسل ادعا می‌کند که یک آرایه می‌تواند با استفاده از آهن‌رباهای 3 نانومتری، 10 ترابیت حدود 270 دی.وی.دی استاندارد را در هر اینچ مربع ذخیره کند. این درحالی است که او اکنون روی آهن‌رباهای ایده‌آلی کار می‌کند که به اندازه‌ای کافی برای ذخیره 100 ترابیت در اینچ مربع، کوچک هستند.
به گفته او، صنایع اکنون روی نیم ترابیت در اینچ مربع کار می‌کنند و درتلاشند که این ظرفیت را طی چند سال آینده به 10 ترابیت برسانند. سباستین لوکومندس که در دانشگاه بوردز فرانسه روی نانوفناوری‌های خود-سازنده تحقیق می‌کند، می‌گوید: «این کار به عقیده من، امکان پدید آمدن جهشی بزرگ را در وسایل ذخیره‌سازی پرظرفیت نشان می‌دهد.»
ترانزیستورهای کوچک
علاوه بر این، در هفته اخیر از پیشرفتی رونمایی شد که می‌تواند ترانزیستورهای به‌کار رفته در پردازشگرهای کامپیوتری را 1000 بار کوچک‌تر کند.
کوچک‌ترین اجزا در ترانزیستورهای سیلیکونی فعلی 45 نانومتر طول دارند؛ ولی آن‌چه جرمی لوی و همکارانش در دانشگاه پیتسبورگ ساخته‌اند، دارای اجزایی با ابعاد تنها 2 نانومتر است. این بدان معنی است که تعداد بسیار بیشتری از ترانزیستورها را می‌توان در همان ابعاد ترانزیستورهای فعلی جای داد.
این گروه با توجه به مطالعاتشان ترجیح داده‌اند تا به جای ساختن ترانزیستورها از سیلیکون، از دو شکل متفاوت کانی شناخته‌شده پیروفسکیت استفاده کنند. وقتی دو بلور جداکننده با ضخامت مناسب در کنار یکدیگر نگه داشته شوند، محل برخورد آنها قادر به انتقال جریان الکتریکی است؛ ولی اگر یکی از قطعات بیش از اندازه نازک باشد، جریان عبور نمی‌کند.
تیم لوی با کار روی قرص‌هایی که ضخامت کافی را برای انتقال جریان نداشتند، دریافتند که می‌توان با بهره‌گیری از سوزن‌های میکروسکوپی، مسیری برای عبور جریان ایجاد کنند. یک ولتاژ مثبت از سوزن سبب بازچینی اتم‌های بلور می‌شود و به این ترتیب، خطوطی 2 نانومتری پدید آید که مانند سیم‌های الکتریکی رسانا است.
نوشتن و پاک کردن
با به‌کارگیری این فناوری می‌توان به ترانزیستورهایی دست یافت که حدودا 1000 برابر کوچک‌تر از آنهایی است که از سیلیکون ساخته شده‌اند. سیم‌ها در این روش می‌توانند به راحتی تا 100 بار حذف شوند و مجددا ساخته شوند.
به گفته لوی، وجود امکان پاک کردن اجزای یک طراحی و دوباره نویسی آنها، امکانات غیرمرسوم دیگری را هم ارائه می‌کند. به عنوان نمونه می‌توان از این پدیده برای ساخت سخت‌افزارهایی استفاده کرد که در حین مدیریت داده‌ها، الگوی سیم‌های خود را تغییر می‌دهند.
او ادعا می‌کند که این دستاورد می‌تواند با تجمیع حافظه و منطق، تمایز میان سخت‌افزار و نرم‌افزار را کم‌رنگ یا حتی محو کند.
جین مارک تریسکون در دانشگاه ژنو نشان داده است که علاوه بر این کاربرد، بلور‌های پروفسکیست می‌توانند مانند ابررساناها نیز رفتار کنند. او می‌گوید: «دستاوردهای لوی و همکارانش در صورتی که با یافته‌های ما ترکیب شود، می‌تواند به ساخت مدارهای الکترونیکی کوچکی منتج شود که قابلیت‌های جالب بسیاری را به ما خواهد داد. »
نیوساینتیست، 20 فوریه - ترجمه: علیرضا نورایی
نظر شما