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打造第一台奈米碳管電腦

2013/10/22 | | 標籤:

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美國研究人員最近利用數萬根奈米碳管(Carbon nanotube, CNT)打造出第一台能執行作業系統、多工運算簡單程式、儲存及輸出結果的奈米碳管電腦(CNT-based computer)。此成果對於商用奈米碳管電腦而言是一重大進展,奈米碳管元件在速度和耗能表現上可望超越一般矽材料裝置。

奈米碳管可視為以平面碳材料捲曲而成的管狀結構,由於具有許多有用的電子特性,因此可作為電子元件的建構基石。在過去的研究中,碳管已經被用來製作電晶體、振盪器及半加器等元件,但要整合這些元件並構成一功能完整的電腦卻極為困難。困難之一在於必須將數百直根徑僅數奈米的碳管精確置於基板的正確位置上,方能形成電晶體,只要一根碳管擺放位置錯誤,便可能造成元件或整個邏輯電路失效。另一難處在於奈米碳管導電的一致性。製造奈米碳管時會同時產生金屬性與半導性碳管,雖然各有應用價值,但電性混合的碳管並不適合用來製作元件。

最近,史丹佛(Stanford)大學Max Shulaker研究團隊,設計了一套可同時使大量金屬性碳管失效的方法。他們首先關閉元件中的半導性碳管,接著將大電流輸入裝置中。大量電能被引入金屬性碳管,使其加熱並且汽化,而絲毫無損電路其他部份。Shulaker表示,能同時處理大量奈米碳管的方法相當重要,因為一台實際可用的電腦可能含有數十億的碳管結構。

為了減少錯置奈米碳管所導致的問題,該團隊採取了兩套做法。第一,他們讓奈米碳管成長於石英基板上,以確保大部份碳管(約99.5%)形成高指向的陣列。然而,這對含有數十億碳管的元件而言還不夠好,所以他們精心設計一電晶體佈局,能確保即使有部份碳管錯置,元件仍可正常運作。

史丹佛團隊使用178個電晶體打造出能儲存及執行程式的裝置。雖然此系統是在1位元下操作,僅能執行一種邏輯運算(SUBNEG),但如果具有足夠的記憶體,該裝置理論上可執行任意計算。因此,此奈米碳管系統可視為是具備一般計算機功能的電腦。他們利用了此電腦完成計數及數字排序等任務,並且能執行MIPS指令集。詳見Nature|doi:10.1038/nature12502

 

資料來源:US researchers unveil first carbon-nanotube computer. PhysicsWorld [Sep 25, 2013]

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