211service.com
Stan nanotechnologii
Trzy lata temu, kiedy chemik z Rice University, James Tour, przedstawił inwestorom swój start-up nanotechnologiczny, miał trudności z nakłonieniem kogokolwiek do słuchania – pomimo jego osiągnięć jako jednego z najbardziej uznanych ekspertów w dziedzinie nanonauki na świecie. Dziś Tour mówi, że ci sami inwestorzy mają uszy. Po 13 latach pracy w tej dziedzinie i słyszeniu, jak ludzie mówią: „To ciasto na niebie”. To nigdy nie zadziała”, mówi z satysfakcją, gdy widzi się jakąś walidację ze strony społeczności inwestorów.
Nazwanie tego pewnym potwierdzeniem jest łagodnym ujęciem. Firma Tour, współzałożona w 1999 roku, Molecular Electronics, była jedną z pierwszych, które starały się skomercjalizować naukowe odkrycia w nanoelektronice. Ale tylko w zeszłym roku, kiedy postępy nadchodziły szybciej, niż prawie ktokolwiek przewidywał – i nagle zainteresowały się inwestorami venture capital – powstały dziesiątki firm nanotechnologicznych, wspieranych przez setki milionów inwestycji.
Podczas gdy Molecular Electronics planuje zbudować pamięć komputera przy użyciu pojedynczych molekuł do przechowywania bitów informacji, inne skupiają się na ultraczułych czujnikach biologicznych lub płaskich wyświetlaczach panelowych lub laserach nanoskopowych. To, co łączy te wysiłki, to ambicja wykorzystania komponentów o wielkości zaledwie nanometrów (miliardowych części metra) w celu zastąpienia konwencjonalnej elektroniki. W ciągu ostatniego roku sprawy oszalały, mówi Paul Weiss, chemik z Pennsylvania State University. Jesteśmy znacznie dalej, niż myśleliśmy, że będziemy rok temu.
Nanotechnologia prawdopodobnie wpłynie na ogromne sektory gospodarki, od biotechnologii i opieki zdrowotnej po energetykę. Ale jeśli naukowcy tacy jak Tour i Weiss mają rację, największy wpływ będzie miała nanoelektronika. W przypadku produkcji elektroniki obietnicą są mniejsze, szybsze i tańsze produkty, niż mogłyby kiedykolwiek osiągnąć konwencjonalne podejścia. A postępy nadeszły z niezwykłą szybkością. W 1998 roku badacze zmagali się z montażem pojedynczego komponentu nanoelektronicznego: cząsteczki, która działała jako elementarny przełącznik. Zespoły badawcze łączą teraz dziesiątki tych komponentów w nanoskali i szukają następnego kroku: jak złożyć całe urządzenia, takie jak układy pamięci.
Obecnie mikroczipy krzemowe mają rozmiary zaledwie 130 nanometrów. Jednak dalsze kurczenie się chipów krzemowych staje się drogie i trudne. W pewnym momencie krzem się wyczerpie, mówi John Rogers, dyrektor ds. badań nanotechnologicznych w Bell Labs Lucent Technologies i członek TR100 z 1999 roku. Będziesz potrzebował czegoś innego. Coś, mówi Rogers, jak tranzystory wielkości pojedynczych cząsteczek. Chociaż od komercjalizacji minęło jeszcze co najmniej dziesięć lat, chipy zbudowane przy użyciu tych tranzystorów molekularnych są największą nadzieją branży na budowanie szybszych i tańszych komputerów jeszcze w tym stuleciu.
Dzięki elektronice, o której mówimy, stworzymy komputer, który zmieści się nie tylko w twoim zegarku, nie tylko w guziku koszuli, ale w jednym z włókien twojej koszuli, mówi Philip Kuekes. architekt komputerowy w Hewlett-Packard Laboratories. Kuekes i jego koledzy projektują obwody oparte na prostopadłych szykach maleńkich przewodów, połączonych na każdym skrzyżowaniu tranzystorami molekularnymi. W połowie dekady, mówi Kuekes, Hewlett-Packard zademonstruje obwód logiczny mniej więcej tak potężny, jak obwody na bazie krzemu około 1969 roku. Proces produkcji molekularnej, mówi Kuekes.
Jednak na długo przed uruchomieniem pierwszego komputera z nitką koszulową firmy zaczną integrować komponenty nanoelektroniczne, w tym maleńkie przewody i ultragęstą pamięć komputera, w konwencjonalną elektronikę krzemową. Na przykład Hewlett-Packard i Molecular Electronics planują przygotować prototypowe urządzenia pamięci już w 2004 roku. Urządzenia przechowujące trochę danych w pojedynczej cząsteczce mogą zapewnić tysiące razy większą gęstość przechowywania niż pamięć elektroniczna używana obecnie w komputerach .
Naukowcy pracują również z nanoelektroniką w celu opracowania nowych czujników biologicznych i chemicznych, które nie są możliwe w przypadku technologii konwencjonalnej. Peidong Yang, chemik z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, jest jednym z naukowców opracowujących takie czujniki z nanoprzewodów krzemowych. Yang wyjaśnia, że kontakt nawet z pojedynczą cząsteczką zmienia stan elektronowy przewodów. Naukowcy mogą mierzyć tę zmianę, aby zidentyfikować nieznane molekuły na potrzeby diagnozy lub wykrywania patogenów.
Aby jednak w pełni wykorzystać możliwości nanoelektroniki, naukowcy muszą pokonać kilka głównych przeszkód. Po pierwsze, muszą zbudować solidne komponenty nanoelektroniczne, które będą działać w pełni, niezawodnie i wydajnie jak krzem — to niemałe zadanie, biorąc pod uwagę 50-letni start półprzewodnika. Zeszłej jesieni Bell Labs” Hendrik Schn poczynili znaczące kroki w kierunku tego celu, wytwarzając tranzystor molekularny, który pasuje do swoich krzemowych kuzynów pod względem jednej kluczowej cechy: wzmocnienia lub wzmocnienia prądu przepływającego przez tranzystor. Bez tego wzmocnienia sygnał elektryczny szybko zanika, a wiele urządzeń nie może współpracować ze sobą jako złożone obwody logiczne. Za pomocą tego urządzenia możemy nie tylko przełączać się, ale także wzmacniać prąd; dlatego te tranzystory nadają się do budowy bloków większych obwodów, mówi Schn.
Ale te małe elementy testowe to tylko połowa sukcesu, mówi laureat Nagrody Nobla Richard Smalley, profesor fizyki w Rice. Trzeba być w stanie opracować sposoby na to, by [kawałki] szły z własnej woli tam, gdzie chcesz. Miliardy, a nawet biliony tranzystorów molekularnych mogłyby zmieścić się na jednym chipie – o wiele za dużo, by można je było ustawić jeden po drugim. Dodaje Mark Ratner, profesor chemii na Northwestern University: Chcesz, żeby stało się to tak automatyczne, że każdy bozo może to zrobić.
Jedno z najbardziej obiecujących podejść nazywa się samoorganizacją i nawiązuje do biologii. Natura już wykonuje wspaniałą pracę, łącząc cząsteczki i inne komponenty w nanoskali w złożone wzory, mówi Angela Belcher , chemik z University of Texas w Austin. Belcher hoduje wiele pokoleń wirusów i bakterii, starając się wyewoluować cechy, takie jak uchwyty białkowe, które wiązałyby się z nanorurek węglowych – cząsteczkami podobnymi do rur, cenionych ze względu na ich wytrzymałość i właściwości elektryczne – i układały je we wzory przydatne w nanoelektronice. Nauka, jak uprawiać nanoelektronikę w ten sposób, może trochę potrwać, mówi Belcher. Ale funkcjonalne urządzenie nanoelektroniczne wydaje się być znacznie bliższe, niż miało być kilka lat temu.
To ta nowa obietnica wywołała wysyp startupów w tej dziedzinie. Wielu VC i inwestorów szuka kolejnych wielkich fal, mówi Steven Jurvetson, inwestor venture capital w Draper Fisher Jurvetson z siedzibą w San Francisco i członek TR100 z 1999 roku. Nanotechnologia to jedna z wielkich możliwości technologicznych o szerokim zastosowaniu. Jurvetson ma w portfolio swojej firmy trzy koncerny nanoelektroniczne. A jego firma nie jest sama. Według VentureSource, inwestorzy venture capital zainwestowali ponad 100 milionów dolarów w start-upy związane z nanotechnologią w 2001 roku. Ale, jak mówi Jurvetson, inwestorzy powinni się wystrzegać. Mówi, że przedrostek nano’ nie powinien podążać za ślepym entuzjazmem, co przedrostek .com’.
Rzeczywiście, w tej chwili konwencjonalne firmy z branży mikroelektronicznej nie mają się czego bać. Jednak ostatnie postępy w nanotechnologii przekonały wielu badaczy, że mają do dyspozycji całkowicie nową technologię, która znacznie rozszerzy możliwości elektroniki. Jedną ważną rzeczą do zapamiętania, mówi Rogers z Bell Labs, jest to, że najbardziej oczekiwane aplikacje mogą nie być tymi, które ostatecznie pomogą zmienić sposób życia ludzi. Mówi, że ludzie, którzy wynaleźli tranzystor, prawdopodobnie nie wyobrażali sobie laptopa. Po prostu trudno jest przewidzieć te rzeczy.
Nanoelektronika jest bardzo w powijakach, a badacze tacy jak Schn i Tour swobodnie przyznają, że wciąż nie są pewni, gdzie będzie miała swój początkowy wpływ. Ale przynajmniej ludzie teraz zwracają uwagę na te możliwości, a nawet inwestują w nie.