Молекули вместо битове

Индустрията произвежда все по-малки и по-мощни компютри. Но рано или късно ще се изправим пред естественото ограничение, което ни налагат технологиите, а според експерти този момент съвсем не е толкова далечен. Днешната цифрова електроника се полага върху транзисторни превключватели (ключови схеми), които са близо до лимита, под който не могат да умалява размерите си. 

Учени от немския университета ФАУ в Ерланген-Нюрнберг обаче положиха основите на съвършено нов начин за създаване на огромни бази данни. Идеята им накратко: в информационните единици бит (от англ. binary digit) да се превръщат отделни молекули. Съвсем наскоро решаващ пробив са постигнали д-р Марат Куснияров и проф. Райнер Финк от Факултета по химия и фармация. 

Проф. Божидар Бойчев

Съвременната цифрова електроника използва транзисторни превключватели (ключови схеми), които са много близо до границата, под която повече не мога да бъдат намалявани техните размери. 

Физическата големина на един бит, тоест минималното количество информация, която е основа на съвременната изчислителна техника и електроника, не може да се намалява произволно. За да работи една електронна система, трябва да са съвършено ясни две противоположни състояния, които впоследствие да могат да се интерпретират логически като „0" или „1". Именно от многобройни нули и единици е изграден двоичният код, до които се свежда информацията във всички компютри. В съвременните интегрални схеми отделните битове са с приблизителен размер 25х25 нанометра. Ако в бъдеще обаче вместо тях се използва само една, единствена молекула, плътността на данните ще се увеличи цели 500 пъти!

Неконвенционално

Изследователите се опитват да създадат магнитни молекули, които позволяват две различни състояния. Така, в режим на комутация  (включено „1" и изключено „0"), те се превръщат в информационни единици - битове. Учените от Ерланген вече са синтезирали молекули, които постигат това и могат да бъдат подредени върху материален носител. 

Разбира се, изследователите от ФАУ съвсем не са единствените, които работят по синтезирането на комутируеми молекули, но за момента само те са го постигнали на практика. При това всичко се осъществява при стайна температура. Подобен американски прототип работи само при –200 градуса по Целзий, което го прави абсолютно неприложим. Става дума за фундаментален пробив, чието значение тепърва ще оценяваме. 

В началото новите синтезирани комутируеми молекули са в разтвор, който се нанася върху твърд материал, служещ за подложка. После разтворът се изпарява, оставяйки много тънък микрокристален слой, в който отделните молекули са подредени двумерно с правилни отстояния помежду си. Комутацията настъпва при осветяване: постига се желаното състояние на „включена" и „изключена" молекула  с помощта на UV-облъчване.

Един йон желязо

На учените се е отдала  възможността да синтезират цял метален комплекс. В него един йон желязо е обхванат от части на молекула сяра, които изменят свойствата на метала, към който са свързани. Така процесът е обратим и това позволява железните йони да се комутират. 

Следващата стъпка пред изследователите е да синтезират структури с размери 50х50 нанометра, които, макар да са по-големи от сегашните технически възможности на силиция, ще покажат дали посоката е правилна и има възможност за допълнително умаляване. Целта на изследователите е да покажат, че чрез светлина (в случая UV облъчване) може да се постигне устойчиво и сигурно управление на информацията. Колкото по-малка по размери е изследваната материална структура, толкова по-големи са разходите и по-сложно е да се управлява всеки бит. В момента се комутират наведнъж всички синтезирани молекули върху определена площ. А за да се стигне до практиката, следваща стъпка е да се търси техническо решение за управление на всяка молекула поотделно. 

Сигурно ще трябва да почакаме няколко години, докато новата памет се появи в нашите компютри. Но както навремето конструирането на първите магнитни памети стана учудващо бързо, сега не е изключено да се повтори абсолютно същото

Не е невероятно само за 20 години „молекулярните" бази данни да се превърнат в неделима част от съвременната информационна техника.