ساخت تراشه حافظه مولكولي چگال به كمك فناوري‌نانو.

محققان اعلام کرده‌اند که مدار حافظه جديدي با استفاده از مولکول‌ها و سيم‌هاي نانومتري ساخته‌اند. اين تراشه‌ها به اندازه‌اي که سازندگان تراشه براي تراشه‌هاي مورد نياز در سال 2020 انتظار دارند، چگال مي‌باشند. اين مدار، صفرها و يک‌ها را از طريق کليدزني خوشه‌هاي مولکولي بين دو حالت، ذخيره مي‌کند. اين مدار، شامل 160000 بيت بوده که با چگالي 1011 بيت بر سانتيمتر مربع به هم فشرده شده‌اند. اين تراشه‌ها حداقل 10 مرتبه از ريز تراشه‌هاي (microchip) موجود چگال‌تر مي‌باشند.هم اکنون نمونه اوليه‌اي که ساخته شده براي استفاده تجاري به عنوان حافظه رايانه‌اي به اندازه کافي پايدار و قابل اعتماد نمي‌باشد. براي ساخت چنين تراشه‌هايي، ضروري است که سازندگان تراشه به نحوه به کارگيري موادي غير از سيليکون مسلط شوند. اين مسئله يک چالش بزرگ در فناوري محاسباتي (computing technology) است. اما مدارهاي الکترونيکي‌اي که تاکنون ساخته شده‌اند، با استفاده از فناوري‌نانو کوچکتر مي‌شوند.جيمز هيت از موسسه فناوري کاليفرنيا که يک شيمي‌دان و رئيس گروه سازنده تراشه مذکور است در اين باره مي‌گويد: "ما از اينکه روي اجزاي بسيار کوچک کار مي‌کنيم خوشحاليم. هدف اصلي ما از اين کار فقط ساخت يک مدار حافظه نبود. ما مي‌خواستيم روش‌هاي توليد تجاري در اندازه‌هاي مولکولي را بهبود و گسترش دهيم".چارلز لايبر از دانشگاه هاروارد که محققي در زمينه فناوري‌نانو است در اين باره مي‌گويد: "اين مدار يک شاهکار است. او (جيمز هيت) محدوديت‌هاي چگالي ابزارهاي مجتمع و تعداد بيت‌ها که پيش از اين در الکترونيک مولکولي وجود داشتند، را حذف نموده است".هم اکنون محققان در حال بررسي سيستم‌هاي الکترونيکي نانومتري مي‌باشند زيرا در حين افزايش چگالي به منظور رفتن به پنتيوم‌هايي با شماره بالاتر، هميشه نمي‌توان مدارهاي سيليکوني ساخته شده با سيم‌ها را فشرده‌تر ساخت. زيرا در صورت فشردگي بيش از حد و نزديک شدن بيش از اندازه سيم‌ها به هم، الکترونها در بين سيم‌ها تبادل مي‌شوند. اين مسئله يک محدوديت فيزيکي براي چاپ مدارهاي سيليکوني به وجود مي‌آورد.
ساخت يک مدار حافظه مجتمع بسيار چگال با استفاده از نانوسيم‌ها و مولکول‌ها
اين گروه تحقيقاتي دو راهکار الکترونيک مولکولي (ترانزيستورهاي ساخته شده از مولکول) و کراس بارهاي (crossbar) نانوسيمي که سيم‌هاي بسيار نازک متقاطع عمود بر هم مي‌باشند را با هم ادغام کرد. براي ساخت ابزار مذکور، اين گروه يک دسته 400 تايي از سيم‌هاي سيليکوني که بسيار به هم فشرده شده بودند (تنها 33 نانومتر از همديگر فاصله داشتند) را در مکان مخصوص خود نشاندند. سپس آنها را با يک لايه از مولکول‌هاي [2]rotaxane دمبل شکل، پوشش دادند. پس از آن، با پوشش دادن اين لايه مولکولي با 400 سيم پلاتيني، يک شبکه متقاطع از سيم‌ها را ايجاد نمودند. به اين ترتيب گروه‌هايي از مولکول‌ها که بين دو لايه از سيم‌هاي متقاطع قرار گرفته بودند، ساخته شدند. هر كدام از اين گروه‌ها بين يك گره (node) كه از تقاطع دو سيم پلاتيني و سيليكوني تشكيل مي‌شد، قرار مي‌گرفتند.محققان براي کليدزني بين 0 و 1 يک ولتاژ مشخص به دو سر يک گروه مولکول در يک گره، اعمال کردند. اين ولتاژ عمل کليدزني مولکول‌ها بين دو حالت را انجام مي‌داد. هر مولکول [2]rotaxane در اطراف دسته دمبل داراي يک حلقه بود، ولتاژ اعمالي به مولکول‌ها باعث بالا و پايين رفتن حلقه مي‌گرديد و به اين ترتيب رسانايي الکتريکي مولکول تغيير مي‌يافت.سيم‌هاي مذکور آنقدر به هم نزديک بودند که اين گروه نمي‌توانست الکترودهايي را براي اعمال ولتاژ به دو سيم منفرد (زيرا در هر گره تنها دو سيم وجود دارند) طراحي کند. به همين دليل، اين گروه عمل کليدزني را همزمان براي نه گره انجام دادند.
يكي از اين محققان مي‌گويد: "اتصالات مورد استفاده در اين روش پس از حدود 10 بار کليدزني، شکسته و قطع مي‌گردند. اين مسئله نشان مي‌دهد که هنوز در اين زمينه کارهاي زيادي بايد انجام شود. علاوه بر اين، اين ملکول‌ها پس از حدود يک ساعت به حالت قبل از کليدزني بر مي‌گردند و اين ناپايداري براي ابزارهاي حافظه يک مشکل محسوب مي‌گردد. حافظه‌هاي فلش (flash) تجاري براي بيشتر از يک سال پايدار مي‌باشند".»
علاوه بر مشکلات مذکور عمل کليدزني بين حالت‌ها براي اين مولکول‌هاي کند مي‌باشد. وي مي‌افزايد: "گرچه مي‌توان اين زمان را کم کرد اما سرعت مدار‌هاي حافظه‌اي از اين دست تنها با کليدزني يک مولکول تعيين نمي‌شود و تعداد زيادي از اتصالات به طور همزمان در آن تأثير مي‌گذارند. به همين دليل سرعت اين مدار يک دردسر بزرگ است. گرچه نمونه ساخته شده يک نمونه آزمايشگاهي خوب است اما براي رفتن به دنياي واقعي کارهاي زيادي بايد انجام شود". نتايج اين تحقيق در مجله Nature به چاپ رسيده است.