碳納米管有望實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器微型化

自從1958年發(fā)明集成電路以來(lái)，計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)就是使硬件體積越變?cè)叫?。如今，英?guó)科學(xué)家正在嘗試用性能獨(dú)特的碳納米管來(lái)生產(chǎn)低成本、小體積的存儲(chǔ)器元件，這些原件耗電量極低，但能以高速記錄信息。

        根據(jù)摩爾定律，一個(gè)大小固定的集成電路芯片上可以集成的晶體管數(shù)量會(huì)以指數(shù)形式增加，大約是每?jī)赡暝黾右槐丁＿@是一個(gè)很重要的特征，因?yàn)閹缀趺總€(gè)計(jì)算機(jī)性能的衡量指標(biāo)以及其他數(shù)字設(shè)備都與它們的物理體積緊密相連，包括存儲(chǔ)器的大小和處理器的速度。

                                                                        
英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，將兩根碳納米管套在一起將能夠最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。（圖片提供：諾丁漢大學(xué)）

        然而，科學(xué)家們認(rèn)為，傳統(tǒng)的微型化進(jìn)程很快會(huì)達(dá)到它的基礎(chǔ)限制。隨著晶體管體積越來(lái)越接近于納米數(shù)值，它們的運(yùn)行就會(huì)被量子現(xiàn)象打斷，如電子穿過(guò)電路元件之間的障礙。

       隨著手持設(shè)備——從手機(jī)、攝像機(jī)到音樂(lè)播放器、手提電腦——功能變得越來(lái)越強(qiáng)大，開(kāi)發(fā)能夠滿足不斷增加的在微小空間存儲(chǔ)信息需求的存儲(chǔ)器格式變得尤為迫切。

       據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道，在諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院Elena Bichoutskaia博士的領(lǐng)導(dǎo)下，來(lái)自該領(lǐng)域的研究人員正在進(jìn)行“納米數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備”項(xiàng)目的研究。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以使用性能獨(dú)特的碳納米管的多種方法，用它們來(lái)制造低成本、體積小的存儲(chǔ)器元件。這些原件耗電量極低，但能以高速記錄信息。

       迄今為止，計(jì)算機(jī)設(shè)備微型化涉及到不斷改進(jìn)并縮小基本元件——晶體管。目前，存儲(chǔ)器技術(shù)主要分為以下三個(gè)種類：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRam）——最便宜的方法；靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRam）——最快的存儲(chǔ)器。DRam和SRam都需要外部供電來(lái)保存數(shù)據(jù)。而閃存不需要供電即可保存數(shù)據(jù)，且不易丟失，但是讀寫(xiě)速度要比DRam低。

        然而，諾丁漢大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，碳納米管——由只有一個(gè)碳原子厚度的石墨片制成，外面以金箔包裹——可以滿足上述一切要求。他們發(fā)現(xiàn)，如果一根納米管位于另一根稍微大一點(diǎn)的納米管之中，那么由于靜電、范德華力和毛細(xì)力的作用，內(nèi)部管就會(huì)隨著外部管“流動(dòng)”。當(dāng)電流通過(guò)納米管的時(shí)候就會(huì)使內(nèi)部管被推著在外部管中進(jìn)出。這種壓縮動(dòng)作可以使內(nèi)部管與電極連接或斷開(kāi)，從而最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。

        研究人員指出，當(dāng)電源被切斷時(shí)，控制著分子間吸引力的范德華力會(huì)使內(nèi)部管與電極相接，這樣存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失，這一點(diǎn)與閃存相似。

        據(jù)Bichoutskaia介紹，該項(xiàng)目將檢測(cè)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)新技術(shù)所需的方法和材料，同時(shí)探索碳納米管制成品在受壓縮后具有的其他潛在應(yīng)用，其中包括將藥物放到單個(gè)的細(xì)胞中和納米溫度計(jì)，以此來(lái)區(qū)別健康細(xì)胞和癌變細(xì)胞。

        Bichoutskaia說(shuō)：“電子產(chǎn)業(yè)一直在尋找替代以硅材料為基礎(chǔ)的、用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和制造計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的技術(shù)?，F(xiàn)有的技術(shù)，如磁性硬盤(pán)，在亞微米尺度范圍內(nèi)使用時(shí)是不可靠的，而且很快就會(huì)達(dá)到它們的基礎(chǔ)物理限制?！盉ichoutskaia補(bǔ)充說(shuō)：“這個(gè)研究項(xiàng)目將開(kāi)發(fā)存儲(chǔ)信息的新設(shè)備，這些設(shè)備完全以碳納米管制成，不但具有動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的速度和低廉價(jià)格，而且具有閃存的不易丟失性?！?