碳納米管有望實(shí)現(xiàn)存儲器微型化

自從1958年發(fā)明集成電路以來，計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢就是使硬件體積越變越小。如今，英國科學(xué)家正在嘗試用性能獨(dú)特的碳納米管來生產(chǎn)低成本、小體積的存儲器元件，這些原件耗電量極低，但能以高速記錄信息。

        根據(jù)摩爾定律，一個大小固定的集成電路芯片上可以集成的晶體管數(shù)量會以指數(shù)形式增加，大約是每兩年增加一倍。這是一個很重要的特征，因為幾乎每個計算機(jī)性能的衡量指標(biāo)以及其他數(shù)字設(shè)備都與它們的物理體積緊密相連，包括存儲器的大小和處理器的速度。

                                                                        
英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，將兩根碳納米管套在一起將能夠最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。（圖片提供：諾丁漢大學(xué)）

        然而，科學(xué)家們認(rèn)為，傳統(tǒng)的微型化進(jìn)程很快會達(dá)到它的基礎(chǔ)限制。隨著晶體管體積越來越接近于納米數(shù)值，它們的運(yùn)行就會被量子現(xiàn)象打斷，如電子穿過電路元件之間的障礙。

       隨著手持設(shè)備——從手機(jī)、攝像機(jī)到音樂播放器、手提電腦——功能變得越來越強(qiáng)大，開發(fā)能夠滿足不斷增加的在微小空間存儲信息需求的存儲器格式變得尤為迫切。

       據(jù)英國媒體報道，在諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院Elena Bichoutskaia博士的領(lǐng)導(dǎo)下，來自該領(lǐng)域的研究人員正在進(jìn)行“納米數(shù)據(jù)存儲設(shè)備”項目的研究。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以使用性能獨(dú)特的碳納米管的多種方法，用它們來制造低成本、體積小的存儲器元件。這些原件耗電量極低，但能以高速記錄信息。

       迄今為止，計算機(jī)設(shè)備微型化涉及到不斷改進(jìn)并縮小基本元件——晶體管。目前，存儲器技術(shù)主要分為以下三個種類：動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRam）——最便宜的方法；靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SRam）——最快的存儲器。DRam和SRam都需要外部供電來保存數(shù)據(jù)。而閃存不需要供電即可保存數(shù)據(jù)，且不易丟失，但是讀寫速度要比DRam低。

        然而，諾丁漢大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，碳納米管——由只有一個碳原子厚度的石墨片制成，外面以金箔包裹——可以滿足上述一切要求。他們發(fā)現(xiàn)，如果一根納米管位于另一根稍微大一點(diǎn)的納米管之中，那么由于靜電、范德華力和毛細(xì)力的作用，內(nèi)部管就會隨著外部管“流動”。當(dāng)電流通過納米管的時候就會使內(nèi)部管被推著在外部管中進(jìn)出。這種壓縮動作可以使內(nèi)部管與電極連接或斷開，從而最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。

        研究人員指出，當(dāng)電源被切斷時，控制著分子間吸引力的范德華力會使內(nèi)部管與電極相接，這樣存儲器存儲的信息不會丟失，這一點(diǎn)與閃存相似。

        據(jù)Bichoutskaia介紹，該項目將檢測開發(fā)這項新技術(shù)所需的方法和材料，同時探索碳納米管制成品在受壓縮后具有的其他潛在應(yīng)用，其中包括將藥物放到單個的細(xì)胞中和納米溫度計，以此來區(qū)別健康細(xì)胞和癌變細(xì)胞。

        Bichoutskaia說：“電子產(chǎn)業(yè)一直在尋找替代以硅材料為基礎(chǔ)的、用于存儲數(shù)據(jù)和制造計算機(jī)存儲器的技術(shù)?，F(xiàn)有的技術(shù)，如磁性硬盤，在亞微米尺度范圍內(nèi)使用時是不可靠的，而且很快就會達(dá)到它們的基礎(chǔ)物理限制?！盉ichoutskaia補(bǔ)充說：“這個研究項目將開發(fā)存儲信息的新設(shè)備，這些設(shè)備完全以碳納米管制成，不但具有動態(tài)存儲器的速度和低廉價格，而且具有閃存的不易丟失性。”