Учёные создали микросхему памяти размером с клетку крови.

Несмотря на то, что чип обладает достаточно скромным объёмом памяти – 160 000 бит, достигнутая плотность информации – наибольшая на сегодняшний день. Это достижение может быть использовано как один из способов для продолжения экспоненциального роста вычислительной мощности, даже с учётом того, что текущая технология производства кремниевых чипов достигнет пределов в ближайшие 10 – 20 лет.

Учёные под руководством Джеймса Хита (James R. Heath) из Калифорнийского Технологического Института (California Institute of Technology) и Фрейзера Стоддарта (J. Fraser Stoddart) из Университета Калифорнии, Лос-Анджелес (University of California, Los Angeles), опубликовали свои результаты в недавнем выпуске журнала Nature.

Ещё в 1999 году доктор Хит и доктор Стоддарт указывали на перспективы своих работ по созданию молекулярных переключателей и оригинальной технологии изготовления ультратонких проводов. Новая работа объединила эти компоненты в интегральную схему.

«Нашей целью всегда было создание промышленной технологии, работающей в молекулярных масштабах, - говорит доктор Хит, профессор химии Калифорнийского Технологического Института, - это, конечно, научная демонстрация, но это и первый камень фундамента. Чип действительно мал – сравним с размерами лейкоцита. Мы можем хранить в нём информацию и считывать её».

Доктор Хит говорит, что плотность информации составляет около 109 бит на квадратный сантиметр – примерно в 20 раз выше, чем в современных микросхемах памяти. Улучшение технологии может увеличить плотность еще в 10 раз.

Однако доктор Хит утверждает, что не думал о том, будет ли от данной технологии польза на рынке. «Я не знаю, нужна ли в мире такая разработка, - говорит он: я лишь уверен, что если научиться работать с такими масштабами, то это будет полезный навык».

К примеру, ширина проводов, использованных в чипе, порядка толщины белков – это могло бы помочь создавать маленькие схемы для выявления в организме рака и других болезней. По словам доктора Хита, исследователи изготавливают транзисторы и схемы простой логики с использованием подобной технологии.

Ключевой компонент чипа памяти – молекулярный ключ, разработанный доктором Стоддартом. Молекула, принадлежащая к классу ротаксанов, имеет гантелевидную форму с кольцом, которое может передвигаться от одного края молекулы к другому. Импульсы напряжения передвигают кольцо между двумя положениями на оси гантели, соответствующими состоянию логического нуля и единицы, что используется для хранения информации. Гантелевидная форма молекулы предотвращает соскальзывание кольца.

Для того чтобы построить чип, исследователи сначала вытравили 400 параллельных проводов, каждый из которых имел толщину менее миллионной доли дюйма и был отделён от соседей расстоянием в 0,75*10-6 дюйма. На этих проводах учёные расположили слой молекулярных ключей – гантелевидные молекулы, стоящие вертикально, а затем сделали второй набор из 400 проводов под углом в 90° к первому. Каждая точка пересечения двух перпендикулярных проводов с сотней молекулярных ключей, заключённых между ними, является ячейкой с одним битом информации.

Современные методы изготовления схем на кремнии скоро столкнутся с ограничениями законов физики, так как компоненты схем будут много меньше, чем длина волны света, используемого для их создания. Это подтолкнуло исследователей к поиску альтернативных подходов к построению молекулярной электроники. Большинство до сих пор создаёт схемы, состоящие лишь из горстки элементов по сравнению с 160 000 компонентами в новом чипе памяти. Это позволяет полагать, что технология, разработанная доктором Хитом и доктором Стоддартом, может разрастись в жизнеспособный производственный процесс, говорит Вивек Сабраманиан (Vivek Subramanian), профессор электроники и вычислительной техники Университета Калифорнии, Беркли. «Сумев объединить всё, что у них было, они заложили камень в фундамент», - сказал доктор Сабраманиан, не принимавший участие в этом исследовании.

Не всё, однако, пока ещё гладко. В процессе тестирования небольшой части чипа, учёные обнаружили, что лишь 30% памяти действительно работает. Но и эту часть удалось успешно использовать – записывать и считывать информацию. Впрочем, успех здесь был недолгим: переключатели регулярно выходили из строя после примерно 10 переключений.

Исследователи с готовностью принимают тот факт, что их чип есть лишь демонстрация возможностей, а не готовая технология. «Мы рады уже тому, что он работает», - заявляет доктор Хит.

www.nytimes.com