arşiv

yazılar buna göre etiketlendi; ‘NanoMetre’

Nano Bilgisayarlar

Salı, 23 Şub 2016 yorum yok

Elektronik devrelerin mikrometre (metrenin milyonda biri) ölçeklerine düşürülmesi , son 25 yıl içinde gözlenen bilimsel ve ekonomik gelişmelere damgasını vurmuştu. Son birkaç yıldırsa araştırmacılar, nanometre (metrenin milyarda biri) ölçeğindeki mekanik ve elektronik sistemlerle gerçekleştirilebilecek aydıtların düşlerini kuruyorlar. Nano teknoloji uygulamalarını heyecanla bekleyen potansiyel müşterilerin başında bilgisayar endüstrisi geliyor. Aslında nanometre ölçeğinde bazı devre elemanları kazıma “etching”, püskürtme (depositing) yada baskı yöntemleriyle gerçekleştirilmiş bulunuyor. Ama nanoteknolojinin bir patlama yapmak için aşması gereken sorunların başında mikrodünyanın kurallarına göre işleyen araçlarla , tanıdığımız makro dünyanın araçlarını birleştirecek arayüzlerin yokluğu geliyor. Bu darboğazlardan biride birkaç atom yada molekül büyüklüğündeki deve parçalarınıişlevsel bir yapı içinde bir araya getirmek. Buysa söylendiği gibi kolay bir iş değil. Örneğin , nanometre ölçeğindeki devre elemanlarını birbirine yada başka makroskobik parçalara bağlamak gerekiyor.

 

Ancak geçtiğimiz ay Science dergisinde yayınlanan iki makale, nanobilgisayarlar yönünde dramatik gelişmeler için umut ışığı yaktı. Geçtiğimiz yıllarda nanoteknoloji araştırmacıları, molekül ölçekli yarıiletken nanoteller yada karbon nanotüplerden transistorler geliştirmişlerdi. Dergide yayınlanan araştırmalarsa, moleküler ölçekli elektronik uygulamalarını ilk kez “parça” düzeyinden çıkarıp, çalışabilen “devre” düzeyine taşıyor.

 

Nanodevrelerde aranan iki önemli koşul var:
Bir kere, devrenin parçaları olan transistörlerin, çıktı / girdi oranı 1′in oldukça üstünde olan bir sinyal güçlendirme yada “güç kazancı” sağlaması gerekiyor. İkinci koşulda devredeki her transistörün, kendi yerel kapı kontağınca kontrol edilmesi.. Hollanda’nın delft Teknoloji Üniversitesi Uygulamalı Fizik Bölümü’nden Adrian Bachtold ve ekibinin bu koşulları gerçekleştirmek için kullandıkları araç, karbon nanotüpler (Bkz: Bilim ve Teknik, Karbon Nanoyapılar, Sayı 398 [Ocak 2001] s.46-51). Ekip, daha önce gerkeçleştirdiği bir deneyde, bir silikon yüzey üzerinde iki metal kontağa tutturulan karbon nanotüplerin günümüz mikrobilgisayarlarında kullanılan Alan Etki Transistörleri (Field Effect Transistor) gibi davrandığını bulmuş. Ancak ilk deney başarısız olmuş. Nedeni, Kontrol kapı kontağı olanak silikon tabanının bütününün kullanılması. Böyle bir tasarıma çip üzerine yerleştirilen transistörlerin hepsinin birden aynı anda açılıp kapanması gerekiyor. Ayrıca, kapı kontağı ile nanotüp arasındaki yalıtkan da görece kalın olduğundan ve kontak ile nanotüp arasında yeterli kapasitans sağlanamadığından güç kazanımı 1′in altında kalmış. Bachtold ve ekibi, yeni deneylerinde önce elektron demeti litografisi yöntemiyle çip üzerine her transistör için alüminyumdan yerel kapı kontakları koymuşlar. Daha sonra alüminyum uçlar üzerinde çok ince bir yalıtkan tabaka oluşturmak için bunları havayla oksitlendirmişler. Kalınlığı büyük ölçüde azalan yalıtkan tabaka, yeni nanotüp transistörlerin 10′un üzerinde bir kazanç oranıyla bağımsız çalışmasına olanak sağlamış. Ekip, transistörleride lilitografi tekniğiyle yapılan altından bağlantılarla birbirine bağlayarak bir dizi mantık devresi oluşturmuş.

 

Harvard Üniversitesi Kimya ve Kimyasal Biyoloji bölümünden Hu Yuang ve ekibiyse, “YA DA” ile “VE” mantık kapıları için yalnızca diyotlardan yararlanmışlar, ancak öteki devreleri yapabilmek için nanotel Alan Etkisi Transistorleri kullanmak zorunda kalmışlar. Bachtold ekibininkiler gibi Hardvard’lı araştırmacıların Alan Etki Transistörleri de ince yalıtkanlı yerel kapı kontaklarına sahip. Böylece kolaylıkla transistör devrelerine bağlanabiliyorlar. Hu yuang ve ekibinin geliştirdiği yöntemin iki önemli özelliği , çapraz geometride yerleştirilen nanotellerin kesişme noktalarının da gerçekten nanoölöekli olması ve böylece tüm düzeneğin gerçek nanometre ölçeğine kadar küçültülebileceğinin işaretini vermesi (her iki deneyde kullanılan çipler hala mikrometre boyutlu). İkinci önemli özellik, kontaklar dışında nanotel devrelerin litografi gibi “yukarıdan aşağı” yöntemlerle değil, mikroakışkanlar kullanımı yoluyla, çok sayıda paracığın paralel olarak aynı anda üretilmesine olanak veren “aşağıdan yukarı inşa” tekniğiyle yapılmış olması.

 

İki yöntem , hem tasarım , hemde kullanılan nanoölçekli yapılar bakımından birbirinden ayrılıyor ve böylece nano bilgisayarlar yapımı için farklı yolların varlığını gösteriyor. Ancak ikiside devrelerin çeşitliliği ve karmaşıklığı açısından , daha önce farklı araç ve yöntemler kullanılarak geiştirilmiş nanodevre düzeneklerinden çok ileri. Daha önce V. Derycke ve ekibi, bir silikon taban üzerinde , kimyasal işlemlerle güçlendirilmiş nanotüpler yerleştirerek bir “HAYIR” mantık kapısı (invertör) gerkeçleştirmişti. J.H. Schön ve ekibiyse , bir taban üzerine organik moleküllerden tek bir katmana, hatta tek moleküllere ayalı Alan Etki Transistörlerinden kurulu, çalışan bir invertör yapmayı başarmıştı. Kuram ve uygulamalardaki hızlı ilerleme, bilimkurgunun gerçeğe dönüşmesi için umut veriyor. Ancak moleküler düzeydeki parçalardan oluşan , işleyen, ticari ucuzlukta bir bilgisayar gerçekleştirmek için daha çözümlenmesi gereken önemli sorunlar var: Herşeyden önce yalnızca moleküler ölçekte bazı parçaları olan değil , tümüyle moleküler ölçekte olan devreler gerekli. Parçalar arasındaki boşluğu moleküler düzeye indirecek yöntemler (nanotel gibi) umut verici. Karbon nanotüplerin kimyası, bunların değişik (örneğin, elektiriksel) özellikte olanlarını seçebilme ve oluşturma konusunda artan bilgi ve beceride nanobilgisayar mimarlarının işini kolaylaştıracak türden. Bütün bunlar, örneğin, 1 trilyon devrenin 1 santimetrekare alanlı bir çip üzerine yerleştirilmesini kurumsal olarak olanaklı kılıyor. Bir trilyon devreyle ne yapılacağı, bunların nasıl birbirine bağlanacağı, 1 trilyon devrenin aynı anda çalışmasının oluşturacağı sıcaklığın devrelerdeki molekülleri etkilemesinin nasıl önleneceği, üstelik bütün bunların nasıl hızlı ve ucuz bir biçimde gerçekleştirilebileceği ise ayrı mesele.


Bu olsa bile bu nanobilgisayarların nerede kullanılacağı henüz kesin değil. Görünen o ki “NanoPC” ler biz sıradan insanların alım gücünü, gereksinimlerini ve de en azından çoğumuzun bilgisayar kullanım becerisinin düzeyini aşıyor. “Yapay Zeka” araştırmacılarının ise heyecanla ellerini ovuşturduklarından kuşku yok.