Prof. dr Vladimir Ajdacic:
KORAK KA KOMPJUTERIMA IZ EPRUVETE
Postignut je veliki napredak u dobijanju osnovnih komponenata za molekularne kompjutere - dioda i memorijskih elemenata. Preostaje jos mnogo posla da se obavi.
Citajuci clanak M. Rida i Dz. Tura “Racunje sa molekulima”, koji se pojavio casopisu “Scientific American”, setio sam se abakusa, moje skolske racunaljke sa kuglicama. Dok se on i dalje koristi na Dalekom istoku, na drugoj strani sveta naucnici rade na razvoju tako sicusnih komjutera koji bi mogli da stanu u jednu kuglicu abakusa i da pritom obavljaju racunske operacije stotinama milijardi puta brze od njega, da poseduju fantasticnu memoriju, pa cak i izvesnu inteligenciju.Zaista je u kratkom vremenu u oblasti kompjuterske tehnike ucinjen ogroman pomak. Zato se prirodno namece pitanje zbog cega su nam sada neophodne nove tehnologije? Odgovor je u tome da postojeci komjuteri i njihovi naslednici vec oko 2015. godine nece biti u stanju da zadovolje rastuce covekove potrebe. Analize pokazuju da ce tada doci do saturacije u minijaturizaciji aktivnih elemenata koje se dobijuju silicijumskom tehnologijom. Procenju je se da ce u to vreme cena odgovarajuce nove fabrike dostici sumu od 200 milijardi dolara!
Zato su se posla na molekularnim kompjuterima latile vrhunske naucne laboratorije i kompanije. Buduci da tajne covekove svesti i misljenja i jos nisu resene, pioniri molekularnih kompjutera za sada ne razmisljaju mnogo o vestackoj inteligenciji, vec se drze utabanih staza - binarne logike i arhitekture postojecih elektronskih masina. Tako oni samo pokusavaju da funkcije koje obavljaju aktivne komponente na bazi silicijuma ostvare pomocu pojedinacnih molekula. To jest, da jednu silicijumsku diodu, tranzistor ili memorijski element , koje sada cine agregacije od vise desetina milijardi molekula, zamene sa po jednim molekulom! Eto novog, verovatno i poslednjeg skoka ka sicusnom, veceg od onog koji je napravljen od racunara sa elektronskim cevima do kompjute sa poluprovodnickim elementima.
Za razvoj ove izuzetno perspektivne oblasti, koja nece doneti korist samo kompjuterskoj tehnici, vec i mnogo sire - elektronici, robotici, senzorima i dr., kljucni su bili: kvantno-mehanicka teorija molekulskih orbitala, pronalazak skenirajuceg tunelskog mikroskopa (STM) i, u pocetnoj fazi istrazivanja, zajednicki rad hemicara i fizicara. Cudesna naprava SMT omogucila je naucnicima da posmatraju pojedinacne atome i molekule i da na razlicite nacine “manipulisu”njima. Tako je 1996. god. M.Rid sa Jeil Univerziteta, SAD, pomocu SMT izveo prva kvantitativna elektricna merenja na jednom jedinom molekulu! On je nasao da jedan molekul izlozen naponu od 5 volti provodi struju od 0,2 mikroampera!!
To znaci da u svakoj sekundi kroz njega prolazi 1000 milijarda elektrona i to jedan po jedan! Ovo je dokaz da se elektroni kroz molekul krecu bez ikakvih sudara i interakcija koje bi dovodile do oslobadjanja toplote, sto je od kljucne vaznosti za rad buducih molekularnih racunara.
Da bi se dobio strujni prekidacki element u vidu molekula koji bi po zelji provodio struju ili prekidao njen tok, potrebno je iznaci takav molekul koji raspolaze praznom, niskoenergetskom orbitalom koja se proteze s jednog kraja molekula na drugi kraj.
U slucaju povoljnog preklapanja orbitala, u molekulu dolazi do provodjenja elektrona, a remecenje strukture molekula, npr. “zaokretanjem” jednog njegovog dela, narusava se preklapanje orbitala i protok elektrona biva sprecen.Jedan od najjednostavnijih aktivnih molekulskih elemenata Rida i Tura predstavlja lanac od tri molekula benzena. Kod njega su spojevi izmedju pojedinacnih prstenova benzena slabi, tako da se lako moze da narusi preklapanje udruzenih orbitala duz lanca ova tri molekula. U datom slucaju na jednoj strani sredisnjeg bezenovog prstena hemijskim putem je vezana grupa NO2, a na suprotnoj strani NH2. To dovodi do asimetricne konfiguracije molekula, sto ga cini veoma osetljivim na uticaje spoljnih elektricnih polja. Primenom napona on lako “zaokrece”, i tako blokira protok struje. Uklanjanjem napona, molekul izvanredno brzo reaguje - stice prvobitni oblik, te struja moze ponovo da potece kroz njega, a time i kroz lanac benzenovih molekula. Elektronsku diodu na bazi molekula konstruisale su dve grupe istrazivaca, jedna pod rukovodstvom R.Mecgera sa Univerziteta Alabame, SAD, i druga sa Ridom na celu sa pomenutog Jeil Univerziteta.
Sledeci problem koji se javlja sastoji se u prelasku sa jedne diode na mnostvo - milione ili jos veci broj istovetnih dioda. Zahvaljujuci neprevazidjenoj jednakosti svih molekula izabrane vrste, problem “skarta” u ovom slucaju ne postoji. Ono sto treba resiti je “�nstaliranje” velikog broja elemenata. To se sa molekulima postize relativno lako zahvaljujuci pojavi njihovog samouredjivanja na odredjenim podlogama. Ovo se tehnicki izvodi u hemijskim retortama.
Pored znanja hemije zahteva se i poznavanje fizike povrsina cvrstih tela. K.Rals i R.Bahrmen sa Kornel Univerziteta, SAD, koristili su izvanredno mala udubljenja, “nanopore”, precnika oko 30 nanometara. U njih su postavljali monosloj koji je sadrzao oko 1000 molekulskih elemenata. Njima su omogucili samouredjivanje, da bi zatim naparavanjem tankog sloja zlata po molekulima zavrsili izradu “aktivne jedinice”.
Naveli smo samo neke od uspeha koji su opisani u clanku M.Rida i Dz.Tura, da bi na kraju pomenuli par najvaznijih neresenih problema. Prvi je, nesumljivo, vezan za trazistorski element koji (po mom znanju) jos nije napravlen na molekularnom nivou. Kao sto znamo, klasicni poluprovodnicki tranzistor raspolaze sa tri kontaktna uvoda. Kako, prvo, sa molekulom postici tranzistorski efekt, a zatim, sto je izgleda jos mnogo teze, kako na molekulu naciniti tri izvoda. Uopste problem kontakata sa pojedinacnim elementima tako malim kao sto su molekuli, bar za sada, ne izgleda lako resiv. I prelaz iz mikrosveta u nas makrosvet, u kome mi za upravljanje masinama koristimo svoje ruke, glas, pokrete i dr., ne cini se trivijalnim.
Ostaje jos mnogo posla da se obavi do radjanja ultimne varijante kompjutera koja ce, po svemu sudeci, i pored svoje velike kompleksnosti koristiti binarnu logiku. Zato treba poraditi i na novoj kompjuterskoj logici prikladnijoj “molekulskoj racunaljki”. U tom slucaju bi skok od abakusa, “kompjutera” mog detinjstva, ka beskraju nedostignutog bio zaista grandiozan.
.Prof. dr Vladimir Ajdacic
.
Title: Message
