آینده ی نانوالکترونیک

مواد جدیدی مانند نانو لوله های کربنی, به جای رقابت با تجهیزات سیلیکونی متعارف و خارج ساختتن آن ها از میدان, آنان را کامل خواهند کرد

مواد جدیدی مانند نانو لوله‏های کربنی، به جای رقابت با تجهیزات سیلیکونی متعارف و خارج ساختتن آن‏ها از میدان، آنان را کامل خواهند کرد. نانو لوله‏ها و نانو رشته‏های نیمه رسانا که از دهه‏ی ۱۹۹۰ در دسترس دانشمندان قرار گرفته‏اند، اندیشه‏های بسیاری را جذب خود کردند و دانشمندان را به این حوزه که ”نانو الکترونیک“ نامیده می‏شود، مجذوب ساختند.

برای شیمیدانان مواد ارگانیک، این سنگ بناهای ریز و کوچک، مانند بازی‏های فکری است که می‏توان با اجزای آن‏ها هر چیز جدیدی را ساخت. علاقمندی به ساختن مواد تاز‏ه‏ و ابداع ساختارهای جدید در این عرصه برای شیمیدانان چشم‏اندازی اغوا کننده است و احتمالاتی را در خصوص ساخت مواد جدید مطرح می‏سازد که پیش از این تصور آن هم امکان‏پذیر نبود.

با این وجود، هنوز هم باید قدردان قانون مور بود که تجهیزات الکترونیکی تولید شده توسط فرایند نیمه‏رسانای متعارف را هم اینک ”نانو الکترونیک“ نامیده است. بنابراین، نقش نانو الکترونیک جدید براساس نانو ساختارهای سنتز شده به روش شیمیایی، مانند نانو لوله‏های کربنی با نانو رشته‏ها چیست؟ ترمودینامیک به ما دیکته می‏کند که نانو ساختارهای سنتز شده به احتمال فراوان، هرگز به یکپارچگی وتکامل تجهیزات الکترونیکی خارج از حد کریستال‏های سیلیکونی نخواهند رسید.

دست کم لیتوگرافی متعارف چنین چیزی را نشان می‏دهد. در مقابل توانایی نانو مواد در تنوع شیمیایی و انعطاف‏پذیری آن‏ها است. آن دسته از شیمی‏دانان که بر روی نانو الکترونیک جدید کار می‏کنند، باید بکوشند ماموریت‏هایی را به انجام برسانند که فناوری متعارف قادر به انجام آن‏ها نیست، فرصت‏های فراوانی در استفاده از سازوکارهای فیزیکی است که پیش از این در الکترونیک رایج و مرسوم به کارگیری نشده‏ است. برای مثال هم اینک یک گروه پژوهشی سرگرم کار بر روی مواد نیمه رسانای مغناطیسی در مقیاس نانو است که می‏تواند نمایش‏های اسپینترونیکی را امکان‏پذیر سازد و در پی بهره‏گیری از توانمندی‏های الکترون‏ها در تجهیزات محاسباتی است.

صنعت میکروالکترونیکی سیلیکون‏ها به شدت محافظه‏کار بوده و تنها از طیف اندکی از عناصر موجود در جدول تناوبی استفاده کرده است. صرف‏نظر از تمامی این‏ها، تا مدت‏های مدیدی کاهش اندازه‏ی ترانزیستورها که بر اثر پیشرفت در فرایند لیتوگرافی میسر شد، برای تداوم کارکرد تجهیزات الکترونیکی کفایت می‏کرد. اما کاهش اندازه به تنهایی نمی‏تواند سبب افزایش کارکردها شود.

نانو ساختارهای سنتز شده، از نظر شیمیایی می‏توانند برای کارکردهای پیشرفته‏ی متعددی سودمند باشند و کارکردهایی را به ارمغان آورند که در عرصه‏ی مواد مبتنی بر سیلیکون‏ سنتی دستیابی به آن‏ها ناشدنی است.

ما می‏توانیم آینده‏ای را تصور کنیم که در آن تجهیزات مرکب با ترکیب کردن هر دو روش پدید آیند. در چنین سناریویی می‏توانیم از مواد نامتعارف یا کمیاب برای کارکردهای جدیدی که در مواقع خاص موردنیاز هستند و مدارات بزرگ ایجاد شده توسط فرایندهای نیمه‏رسانای متعارف پاسخگوی نیاز ما نیستند، استفاده کنیم. نانو ساختارهای جدید سنتز شده همچنین می‏توانند در کاربردهایی حضور یابند که تکامل در آن‏ها مهم نیست، بلکه پردازش ارزان قیمت اهمیت دارد و انعطا‏‏‏ف‏پذیری شیمیایی و کارکرد حرف اول را می‏زند. زیست حسگرهایی که در آن‏ها نانو لوله‏های کربنی با نانو رشته‏ها برای ردیابی مولکول‏های خاص به کار می‏روند، به طور حتم یکی از حوزه‏های امیدبخش به شمار می‏آیند، اما ممکن است حوزه‏های دیگری نیز وجود داشته باشند که ما حتا آن‏ها را تاکنون تصور هم نکرده‏ایم.

چگونه می‏توان این نانو ساختارها را سازماندهی کرد و آن‏ها را در قالب سامانه‏های مفید یکپارچه تولید کرد؟ این یک مساله‏ی به شدت چالش برانگیز است و نمی‏توان ادعا کرد که این موضوع به طور کامل قابل بررسی یا رسیدگی است؛ اما اکنون که پژوهشگران بازی‏های فکری را به دست گرفته‏اند، می‏توانیم ایده‏های خلاق بیشتری را به کار بگیریم و راهبردهایی را برای دستکاری این واحدهای سازنده تدوین کنیم.

منبع: Technology review ۸ سپتامبر ۲۰۰۶

[ سید علیرضا حجازی ]

ترجمه‎ی: سید علیرضا حجازی