IBM 35 atomes et la montée de la nanotechnologie

Don Eigler déplacé l'atome individuel première fois il ya 20 ans, et peu de temps après, il écrivait le nom d'IBM avec 35 atomes de xénon.
(Crédit: IBM)

Quand IBM chercheur Don Eigler ramassé et l'ont déplacé atome individuel première fois il ya 20 ans aujourd'hui, il a ouvert la voie à ce qui sans doute était le plus petit coup de publicité jamais: logo de Big Blue est fait d'un arrangement précis de 35 atomes de xénon.

Mais le déplacement des atomes de minuscules eu des conséquences en faisant de la grande idée de l'assemblage des dispositifs atome par atome de bien réel. Et la société a construit sur ce fondement la nanotechnologie, de stocker des informations sur les atomes d'or spécifiques, la collecte de molécules de monoxyde de carbone dans les circuits de l'ordinateur logique, et la poursuite d'une vision de la technologie beaucoup plus compacte de l'informatique.

Malgré les progrès, Eigler est prudent quand ou même si ses idées pour le calcul portera ses fruits.

«Nous avons fait de l'introduction, et nous sommes dans le chapitre 1," Eigler dit. «C'est loin dans l'avenir, si jamais il vient à propos. Je ne conçois pas, dans les meilleures conditions, ce qui va se passer dans 10 ou 15 ans".

Boggled
Eigler, maintenant un garçon IBM, a déclaré qu'il était "boggled" ce jour-là il a déménagé son premier atome d'un dispositif d'IBM sous le nom d'un microscope à effet tunnel. Il a programmé le système pour que les déplacer, puis retint son souffle alors que son écran est devenu noir pendant l'opération réelle.

"Vous ne pouvez pas les voir lorsque vous vous déplacez en fait. Alors, vous voyez l'image entrer et me dire:« Oui, il est là "», Eigler dit. Il a déménagé l'atome d'avant en arrière à trois reprises pour s'assurer que cela a vraiment fonctionné: «Pour nous, c'est (une sorte) de la chose sacrée. L'essentiel et la chose la plus importante sur la science est la reproductibilité. Si vous ne pouvez pas reproduire votre propre Par conséquent, vous pourriez aussi bien oublier ça. C'est comme si tu n'avais jamais fait cela. "

Peu de temps après, en Novembre 1989, Eigler organisé le 35 atomes de préciser IBM. Il y avait, bien sûr, la publicité en elle pour l'entreprise, mais Eigler avait pas de plaintes. D'une part, elle a démontré que IBM ne pouvait vraiment de contrôle d'atomes avec une précision à l'échelle atomique et que son travail n'était pas seulement un coup de chance. D'autre part, Eigler était reconnaissant que IBM le laisser poursuivre son travail.

"Il était plus qu'un coup de publicité. Affectivement, pour moi, il était beaucoup plus importante. Cela va à une saine hokey, mais c'est la vérité. IBM est venue me chercher au large de la ferraille de la science et m'a donné toutes les chances un scientifique pouvait l'espoir d'être réussie ", a déclaré Eigler. "En ce qui me concerne, il était temps de récupération."

Aucune fabrication de masse
Eigler et ses collègues ont travaillé sur cette technologie depuis, mais jusqu'à présent, les avantages sont indirects. C'est parce que le déplacement et l'étude des atomes avec un microscope à effet tunnel et de son rejeton, le microscope à force atomique, est bien loin de l'assemblage des dispositifs informatiques qui fonctionnent à plus grande échelle.

«Être capable de mettre ensemble les atomes avec une précision à l'échelle atomique à un niveau qui vous permet de proposer un produit commercialisable est quelque chose qui est en grande partie l'espoir et une vision pour notre avenir", a déclaré Eigler. "Nous ne sommes pas encore là."

Il existe d'autres directions de la recherche en nanotechnologie; Eigler appelés graphène et isolateurs topologique comme des possibilités. Eigler, cependant, demeure très heureux de poursuivre sa propre vision à long terme pour les ordinateurs qui traitent l'information sans dépendre d'aujourd'hui sur le mouvement des électrons.
IBM Fellow Don Eigler dans son laboratoire.


Plus précisément, il s'intéresse à l'aide de la propriété mécanique quantique qu'on appelle «spin pour l'informatique. La conception classique de cette idée générale, on appelle spintronique, utilise spin pour contrôler le flux de courant électrique, mais Eigler veut utiliser spin seul.

«Mon objectif est de faire tout ce que nous devons faire pour le calcul - logique, le stockage, le transport de l'information - mais sans déplacement des électrons autour du tout", Eigler dit.

Un avantage de cette approche est qu'elle permet d'éviter un courant électrique qui produit de la chaleur résiduelle qui est un facteur limitant majeur dans les ordinateurs d'aujourd'hui. Un autre est qu'il peut permettre à trois dimensions-informatique dessins beaucoup plus dense avec une puissance de traitement à ceux d'aujourd'hui deux circuits dimensionnelle gravée sur son support en silicium.

Spin génie
Le spin d'un atome peut affecter celui de son voisin. La partie difficile est l'organisation des atomes dans le but d'exploiter cet effet et d'effectuer des opérations de calcul utiles.

"Nous devons apprendre à l'ingénieur des choses si elles travaillent la façon dont nous voulons qu'ils travaillent. Si vous disposez de deux atomes, chacun a spin, et ceux spins sont couplés en est généralement de deux, trois ou même quatre manières différentes, at-il dit. "Vous devez les placer dans la relation appropriée avec l'autre."

Une étape importante vers cet objectif a été le travail de Gerhard Meyer, de Zurich Research Laboratory d'IBM et d'autres pour stocker des données sous forme de charges électriques sur les atomes d'or, Eigler dit.

Dans un autre, d'IBM, Christopher Lutz constaté qu'il ne pouvait déclencher une cascade de «molécule», dans lequel une série de molécules de monoxyde de carbone pourrait transmettre des informations. Les molécules métastables pourrait stocker de l'énergie, puis relâchez-le d'un voisin à l'autre semblable à une chaîne de dominos équilibrée en baisse.

Lutz puis a trouvé un moyen d'arranger ces molécules dans des unités de transformation de base logique d'ordinateurs ", et des portes" et "ou portes» que sont les fondements de nos ordinateurs actuels. Il n'a pas utilisé de spin, mais c'est un pas dans cette direction, Eigler dit.

Building blocks
Une étape intermédiaire possible entre le déplacement des atomes uniques et de fabrication de masse est ce Eigler appelle nano plug-ins. Si les physiciens et d'ingénieurs pourrait comprendre comment construire des portes logiques individu sur une molécule complexe, chimistes IBM pourraient être en mesure de trouver un moyen de synthétiser ces unités dans la quantité. Puis viendrait le processus d'assemblage de claquer ces unités, ainsi que de façon appropriée.

"Cette stratégie de renforcement des choses qui fonctionnent sur une très petite échelle, mai bien être ce que nous voyons dans l'avenir", a déclaré Eigler.

Et il mai arriver, même si son spin-calcul sur la base ne fonctionne pas. «Il sera mai (utilisée par) régulièrement l'électronique conventionnelle, (ou) avec des nanotubes de carbone ou de graphène, dit-il. Cela l'amène au point sur les raisons de recherche d'IBM investit dans des technologies telles lointainement utile.

«Les connaissances que nous sommes dans le processus de génération d'y arriver», Eigler dit, "est de nature à alimenter l'industrie beaucoup plus tôt que l'issue réelle - si nous arrivons un jour à ce résultat."