211service.com
Stav nanotechnologií
Před třemi lety, když chemik z Rice University James Tour představil svůj nanotechnologický startup investorům, měl problém někoho přimět, aby ho poslouchal – navzdory jeho dosavadním výsledkům jako jednoho z nejuznávanějších světových odborníků v nanovědě. Dnes Tour říká, že titíž investoři jsou všichni uši. Poté, co jsem v této oblasti pracoval 13 let a lidé říkali: To je koláč v nebi. Nikdy to nebude fungovat,“ říká, je potěšující vidět nějaké potvrzení od investiční komunity.
Nazvat to nějakou validací je mírně řečeno. Společnost Tour, spoluzaložená v roce 1999, Molecular Electronics, byla jednou z prvních, která se snažila komercializovat vědecké objevy v nanoelektronice. Ale jen za poslední rok, s pokroky přicházejícími rychleji, než téměř kdokoli předpovídal – a se zájmem investorů rizikového kapitálu – se vytvořily desítky nanotechnologických společností podpořených stovkami milionů investic.
Zatímco Molecular Electronics plánuje vybudovat počítačovou paměť pomocí jednotlivých molekul k ukládání bitů informací, jiní se zaměřují na ultracitlivé biologické senzory nebo ploché displeje nebo nanoskopické lasery. Tyto snahy mají společnou ambici nahradit konvenční elektroniku součástkami o velikosti pouhých nanometrů (miliardtiny metru). Věci se za poslední rok zbláznily, říká Paul Weiss, chemik z Pennsylvania State University. Jsme mnohem dál, než jsme si před rokem mysleli.
Nanotechnologie pravděpodobně ovlivní rozsáhlá odvětví hospodářství, od biotechnologií a zdravotní péče až po energetiku. Ale pokud mají vědci jako Tour a Weiss pravdu, největší dopad bude mít nanoelektronika. Pro výrobu elektroniky jsou příslibem menší, rychlejší a levnější produkty, než jaké by kdy mohly dosáhnout konvenční přístupy. A pokroky přišly pozoruhodnou rychlostí. V roce 1998 se výzkumníci snažili sestavit jedinou nanoelektronickou součást: molekulu, která fungovala jako základní spínač. Výzkumné týmy nyní propojují desítky těchto nanočástic a hledají další krok: jak sestavit celá zařízení, jako jsou paměťové čipy.
Dnes mají křemíkové mikročipy vlastnosti už od 130 nanometrů. Ale pokračovat ve zmenšování křemíkových čipů je stále drahé a obtížné. V určitém okamžiku křemíku dojde dech, říká John Rogers, ředitel výzkumu nanotechnologií v Bell Labs společnosti Lucent Technologies a člen 1999 TR100. Budete potřebovat něco jiného. Něco, říká Rogers, jako tranzistory o velikosti jednotlivých molekul. Přestože je to ještě nejméně deset let od komercializace, čipy vyrobené s použitím těchto molekulárních tranzistorů jsou největší nadějí tohoto odvětví na výrobu rychlejších a levnějších počítačů i v tomto století.
S elektronikou, o které mluvíme, vyrobíme počítač, který se nevejde jen do vašich náramkových hodinek, nejen do knoflíku na košili, ale do jednoho z vláken vaší košile, říká Philip Kuekes. počítačový architekt ve společnosti Hewlett-Packard Laboratories. Kuekes a jeho kolegové navrhují obvody založené na kolmých polích drobných drátů, propojených na každém průsečíku molekulárními tranzistory. Do poloviny dekády, říká Kuekes, společnost Hewlett-Packard předvede logický obvod přibližně stejně výkonný jako obvody na bázi křemíku kolem roku 1969. Snažíme se znovu objevit integrovaný obvod – s jeho logikou, pamětí a propojením – s konzistentním molekulární výrobní proces, říká Kuekes.
Ještě dříve, než se spustí první počítač s nití, začnou společnosti integrovat nanoelektronické komponenty, včetně drobných drátků a ultrahusté počítačové paměti, do konvenční křemíkové elektroniky. Například Hewlett-Packard a Molecular Electronics plánují připravit prototypy paměťových zařízení již v roce 2004. Zařízení, která ukládají kousek dat do jediné molekuly, by mohla poskytnout tisíckrát větší hustotu úložiště než elektronická paměť, která se v současnosti používá v počítačích. .
Výzkumníci také spolupracují s nanoelektronikou na vývoji nových biologických a chemických senzorů, které konvenční technologie neumožňuje. University of California, Berkeley, chemik Peidong Yang je jedním z výzkumníků vyvíjejících takové senzory z křemíkových nanodrátů. Yang vysvětluje, že kontakt i s jedinou molekulou mění elektronický stav drátů. Výzkumníci mohou měřit tuto změnu, aby identifikovali neznámé molekuly pro účely diagnózy nebo detekce patogenů.
Aby však bylo možné plně realizovat možnosti nanoelektroniky, musí výzkumníci překonat několik hlavních překážek. Nejprve musí postavit robustní nanoelektronické součástky, které budou fungovat stejně plně, spolehlivě a efektivně jako křemík, což je vzhledem k 50letému náskoku tohoto polovodiče ne zrovna malý úkol. Loni na podzim, Bell Labs Hendrik Schn učinila významné kroky k tomuto cíli vyrobením molekulárního tranzistoru, který odpovídá jeho křemíkovým bratrancům v jedné klíčové vlastnosti: zesílení nebo zesílení proudu, když prochází tranzistorem. Bez tohoto zesílení elektrický signál rychle slábne a více zařízení nemůže spolupracovat jako složité logické obvody. S tímto zařízením můžeme nejen přepínat, ale i zesílit proud; proto jsou tyto tranzistory vhodné jako stavební bloky větších obvodů, říká Schn.
Ale tyto malé testovací kusy jsou jen polovinou úspěchu, říká nositel Nobelovy ceny Richard Smalley, profesor fyziky na Rice. Člověk musí být schopen vyvinout způsoby, jak nechat [kousky] jít z vlastní vůle tam, kam je chcete. Na čip by se vešly miliardy, dokonce biliony molekulárních tranzistorů - příliš mnoho na to, aby se daly uspořádat jeden po druhém. Mark Ratner, profesor chemie na Northwestern University, dodává: Chcete, aby se to stalo tak automatickým, že to dokáže každý bozo.
Jeden z nejslibnějších přístupů se nazývá sebe-sestavení a naslouchá zpět k biologii. Příroda již odvádí skvělou práci při sestavování molekul a dalších nanočástic do složitých vzorů, říká Angela Belcher , chemik na Texaské univerzitě v Austinu. Belcher pěstuje několik generací virů a bakterií, snaží se vyvinout vlastnosti, jako jsou proteinové rukojeti, které by se vázaly s uhlíkovými nanotrubičkami – trubkovými molekulami ceněnými pro svou sílu a elektrické vlastnosti – a ukládaly je do vzorů užitečných pro nanoelektroniku. Naučit se pěstovat nanoelektroniku tímto způsobem může chvíli trvat, říká Belcher. Funkční nanoelektronické zařízení se však zdá být mnohem blíže, než mělo být před pár lety.
Je to tento nový příslib, který vyvolal vlnu startupů v této oblasti. Mnoho VC a investorů hledá další velké vlny, říká Steven Jurvetson, investor rizikového kapitálu ze San Francisca Draper Fisher Jurvetson a člen TR100 z roku 1999. Nanotechnologie je jednou z velkých technologických příležitostí s širokou použitelností. Jurvetson počítá do portfolia své společnosti tři nanoelektronické koncerny. A jeho firma není sama. Podle VentureSource investovali investoři rizikového kapitálu v roce 2001 přes 100 milionů dolarů do startupů souvisejících s nanotechnologiemi. Ale podle Jurvetsona by se investoři měli mít na pozoru. Předpona nano‘ by neměla následovat stejné slepé nadšení jako přípona .com‘, říká.
Konvenční mikroelektronické společnosti se v tuto chvíli skutečně nemají čeho bát. Nedávné pokroky v nanotechnologiích však mnohé výzkumníky přesvědčily, že mají v rukou zásadně novou technologii, která značně rozšíří možnosti elektroniky. Jedna důležitá věc, kterou je třeba si zapamatovat, říká Rogers z Bell Labs, je, že nejnetrpělivější očekávané aplikace nemusí být ty, které nakonec pomohou změnit způsob života lidí. Lidé, kteří vynalezli tranzistor, si pravděpodobně nepředstavovali přenosný počítač, říká. Jen je těžké tyhle věci předvídat.
Nanoelektronika je velmi v plenkách a výzkumníci jako Schn a Tour volně přiznávají, že si stále nejsou jisti, kde bude mít první dopad. Ale alespoň lidé nyní věnují pozornost možnostem a dokonce do nich investují.