Matériel Moléculaire : La Promesse et les Défis

La course a commencé depuis que les premières puces informatiques en silicium ont commencé à apparaître. Les fabricants de matériel se sont constamment surpassés dans une frénésie pour entasser autant de transistors que possible dans des espaces de plus en plus petits. En 2014, Intel a célébré la sortie de processeurs dotés de transistors environ 6 000 fois plus petits que le diamètre d’un seul cheveu. Cependant, cela est loin du rêve d’atteindre la fabrication de transistors à l’échelle moléculaire. Le 17 juin 2016, un groupe de chercheurs de l’Université de Pékin à Pékin a peut-être prouvé que ce rêve pourrait être plus proche de la réalité que nous ne le pensons. Alors que la course pour un matériel plus petit continue, nous pouvons également plonger dans ce que cela pourrait signifier pour nous et quels défis les fabricants pourraient rencontrer en essayant de rendre la technologie de la taille d’une molécule une réalité.

Le Problème avec le Mot “Molécule”

Chaque fois que nous pensons à une molécule, nous pensons à quelque chose d’extraordinairement petit - quelque chose si petit qu’il ne peut être observé qu’avec un équipement hautement spécialisé. Le problème est que, contrairement aux atomes, les molécules ne viennent pas toujours dans des dimensions aussi microscopiques. Quand quelqu’un me dit qu’il a fabriqué un transistor qui consiste en une seule molécule, la première question qui me vient à l’esprit est : “De quel type de molécule parlons-nous ?”

Une chaîne moléculaire peut être énorme. Les polymères comme l’ADN à l’intérieur de chaque cellule de votre corps peuvent mesurer entre 1,5 et 3 mètres lorsqu’ils sont complètement étirés, et cela n’est qu’une molécule. Nous utilisons généralement des choses comme les molécules d’eau comme point de référence pour la taille, mesurant environ 0,275 nanomètres de diamètre si cela vous intéresse. Aucun média n’a donné d’indice approprié sur la taille d’un tel transistor, mais il est raisonnable de parier que nous regardons quelque chose de plus proche d’une molécule d’eau (compte tenu de la petitesse des groupes de graphène et de méthylène) que d’une molécule d’ADN.

La Taille N’est Pas Tout

Bien qu’il soit important de s’assurer que vous maximisez l’impact dans un petit espace, réduire la taille des transistors n’est pas la seule chose que vous pouvez faire. En plus de créer un commutateur moléculaire efficace qui a une durée de vie significativement plus longue (un an) que ses prédécesseurs (quelques heures), les chercheurs de l’Université de Pékin ont également réalisé une autre avancée : le commutateur peut également communiquer en utilisant des photons plutôt que des électrons en mouvement. Les photons voyagent beaucoup plus vite que les ondes électromagnétiques (jusqu’à 100 fois plus vite), ce qui signifie que nous pourrions à la fois entasser plus de transistors dans de petits espaces et donner à chacun de ces petits dispositifs un coup de pouce en vitesse dont Gordon Moore n’aurait jamais pu rêver.

Pourquoi Ce Matériel Minuscule Est Défiant

Comme pour tout ce que nous traitons à l’échelle atomique ou moléculaire, les choses peuvent devenir très instables. Par exemple, les champs électromagnétiques ont une forte tendance à provoquer un léger déplacement des structures atomiques des métaux et d’autres matériaux conducteurs. Un tel déplacement peut être interprété comme un signal. Des “grains” microscopiques de matériau au niveau atomique pourraient également provoquer un fonctionnement incorrect des transistors. Les chercheurs de l’Université de Pékin ont jusqu’à présent réussi à créer un commutateur qui pourrait s’activer et se désactiver plus de cent fois, avec une durabilité d’un an. Bien que ce soit une réalisation merveilleuse en l’état, je doute que beaucoup de gens seraient ravis d’avoir un ordinateur avec la durée de vie d’un hamster prédisposé au cancer. Le premier véritable défi est d’isoler l’environnement micro-électronique de manière à ce qu’il puisse fonctionner pendant plus d’une décennie.

Même si un commutateur moléculaire viable et très durable est enfin construit par quelqu’un, l’intégrer dans un processus de fabrication rationalisé représente un tout nouveau défi en soi. Pour un avenir prévisible, les circuits intégrés sont la méthode de communication interne du matériel. Faire fonctionner ce système encombrant avec des commutateurs moléculaires est presque impossible. Pour ajouter l’insulte à l’injure, mesurer des choses à l’intérieur des minuscules espaces entre les molécules (ce que vous devez faire pour lire les données stockées à l’intérieur) nécessite des environnements hautement spécialisés qui nécessitent beaucoup d’énergie pour être maintenus.

La Conclusion

L’effort d’avoir des commutateurs de la taille de certaines des plus petites molécules que l’humanité peut manipuler est très tentant et promet beaucoup. C’est-à-dire, si les fabricants peuvent surmonter des obstacles tels que la nécessité de températures cryogéniques pour lire les données, éliminer l’écart de connectivité entre les molécules et les circuits électromagnétiques de niveau homme des cavernes, et d’une manière ou d’une autre atténuer la petite durée de vie de cette technologie lorsqu’elle est mise à l’épreuve dans le monde réel. S’ils peuvent franchir ces obstacles, alors oui, la technologie des commutateurs moléculaires va certainement créer une révolution qui rendra complètement obsolètes les circuits intégrés actuels et les puces à base de silicium.

Quand pensez-vous que nous pourrons surmonter tous ces défis ? Dites-le nous dans un commentaire !