物理學家們已經(jīng)為他們綽號為“QuIET”的量子干涉效應晶體管申請了專利。美國化學學會的刊物《納米科學》已經(jīng)在線出版了研究員們關于這種晶體管的報告。這項研究同時還將作為11月印刷版《納米科學》雜志的封面文章。
晶體管是一種設置電流開關狀態(tài)的裝置，就像花園水管上用來控制水流開關的閥門一樣?，F(xiàn)代工業(yè)用的最小晶體管其尺寸已經(jīng)達到65納米。亞利桑那州大學的物理學家正計劃制造出尺寸在1納米，即十億分之一米的微型晶體管。
“現(xiàn)代工藝以及幾乎所有正在設計中的晶體管，都是通過升高或降低勢能來實現(xiàn)電流強度的控制，” 亞利桑那州大學物理學家查爾斯A•斯塔福德說?！半妼W開關中利用電流升高和降低勢能的原理已經(jīng)使用了一個世紀的時間，但是這種途徑的繼續(xù)使用即將面臨終止。”
斯塔福德表示，現(xiàn)代晶體管的尺寸已經(jīng)無法再縮小到25納米以內(nèi)，或1/40,000米的針頭寬度，這是因為更進一步的收縮比例將產(chǎn)生難以控制的能量問題。即使現(xiàn)代晶體管工藝制造出了使用分子尺寸晶體管的超高級筆記本電腦，它也將耗費整個一座城市的電能才得以運行，并且這個小東西的溫度將高到足以使它蒸發(fā)。
亞利桑那州大學的物理學家蘇米特•瑪祖達、大衛(wèi)•卡德蒙以及在2005年獲得博士學位的斯塔福德三年前就開始思考如何解決下一代晶體管生產(chǎn)工藝的難題。他們意識到量子力學的原理可以用來攻克單分子晶體管在室溫下調(diào)控電流強弱的技術難題，從而解決現(xiàn)在的工藝問題。
“我們的途徑比以前生硬的方式相對巧妙，” 卡德蒙說?！拔覀儾⒉皇褂瞄_關的原理來阻隔電流。而是通過控制電子波的疊加來實現(xiàn)晶體管的開關?！彼麄冇糜诰w管制造的最簡單物質(zhì)是苯，一種環(huán)形結(jié)構(gòu)的分子。他們計劃用兩根導線連接苯環(huán)從而建立一個電流的雙通道模式。他們同時還計劃在與兩根導線相反的方向再接入第三跟導線。其它研究員已經(jīng)成功的將兩根導線連接到了如此微小的分子環(huán)上，但是對于第三根導線的連接仍然是一個難題——并且是問題的關鍵。因為第三根導線正是控制裝置開關的“閥門”。
“在經(jīng)典物理學中，從苯環(huán)分子兩個通道中流過的電流匯總之后將進行簡單的疊加，” 斯塔福德說?！暗菑牧孔恿W的角度來講，兩個電子波的相消干涉將導致沒有任何電流從分子鏈通過。這就是分子晶體管的‘關閉’狀態(tài)。”打開晶體管只需改變電子波的相位使其不進行相消干涉，同時第三根導線還打開了額外的一條電流路徑。
“這種觀念從理論到實際的轉(zhuǎn)換只用了很短的時間，” 斯塔福德說?！拔覀冊趲仔瞧谥畠?nèi)就能夠以忽略不同電子間的交互感應為前提，從量子化學的角度制作出最簡單的模型。但卻花了相當一段時間將所有電子交感考慮在內(nèi)演示出真正成熟的裝置?！彼顾５聫娬{(diào)說，根據(jù)半導體研究機構(gòu)的調(diào)查顯示，一般一個新的理論從最初的科學設想走向成熟的商業(yè)應用需要花費12年的時間?？ǖ旅烧f：“這意味著如果電腦工業(yè)繼續(xù)以現(xiàn)在的步伐向小型化發(fā)展，我們應該在此之前就已經(jīng)研發(fā)出這個新的理論?！?/FONT>
為什么要進行這么多努力制造高深復雜的微型電腦？為什么要在納米計算機學領域投入如此之多的智囊團？斯塔福德解釋說，無論你是一個科學家在進行全球變暖現(xiàn)象或超新星爆炸的建模工作，還是一個娛樂界漫畫師在進行人類面部表情的逼真創(chuàng)作，越高的計算能力意味著越逼真的模擬能力。
納米計算機能使醫(yī)藥學領域產(chǎn)生巨大的變革，卡德蒙說?！斑@些機器能夠在人體的體液中運作。已經(jīng)有臨床醫(yī)學的案例運用納米顆粒在人體內(nèi)運送藥物。想象一下如果這些納米顆粒或納米機器人還能夠進行計算或簡單的運算工作，將會變得多么強大。有了我們的高密集晶體管技術，你能夠?qū)⒁粋€如同工作站計算機那樣強大的微型處理器捆綁在大腸桿菌的背上?！?
“你看過電影《奇幻旅程》嗎？” 斯塔福德問道。這部科幻電影中，一個納米尺寸的醫(yī)療隊漫游于一個人類的身體之內(nèi)。雖然那是一個不同的故事，但卻有相同的主題。斯塔福德說：“我們根本就不是什么預言家，也不能預示未來，但是想象一下你能夠制造一個人工智能機器，并且利用這個微型潛水艇深入到人體的動脈及毛細血管中對它們進行修復。”
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