به رایانه‌های نانویی نزدیکتر شده‌ایم

 در صورت موفقیت نهایی این پروژه طولی نخواهد کشید که استفاده از تراشه‌های سیلیکونی در رایانه‌ها به فراموشی سپرده خواهد شد. البته نباید عجله کرد چون به عقیده پروفسور فیلیپ وانگ از دانشگاه استنفورد، با رایانه‌هایی که مدارات به کار گرفته شده در آنها از نانولوله‌های کربنی ساخته شده باشند بیش از یک دهه فاصله داریم. این دانشمند برجسته در گفتگو با سیب از فرآیند طراحی و ساخت این نوع مدارها صحبت کرده و در عین حال از امیدواری‌های خود درخصوص چشم انداز روشن این فناوری نوین می‌گوید.

چرا فکر می‌کنید به رغم پیشرفت‌های جدی که در زمینه به کار گیری فناوری نانو و نانولوله‌های کربنی در زمینه تولید نسل جدید مدارات الکترونیکی حاصل شده است حداقل بیش از 10 سال دیگر نخستین نمونه‌های تجاری رایانه‌هایی مبتنی بر آنها وارد بازار می‌شوند؟

اگر کمی دقت کنیم متوجه می‌شویم که این فرآیند نسبتا طولانی در خصوص ارائه و همه گیر شدن بسیاری از فناوری‌ها و ایده‌های نوین علمی دیده می‌شود. در چند سال گذشته تراشه‌های سیلیکونی به عنوان یک دستاورد تاریخی در عصر الکترونیک خودنمایی کرده‌اند. استفاده از آنها در بسیاری از عرصه‌های صنعتی و الکترونیکی به یک باید و راه چاره تبدیل شده است. حتی در حال حاضر نیز کارهای تازه‌ای برای ارزان تر تمام شدن استفاده از این فناوری انجام می‌شود. پس نمی‌توان به زودی از آن خداحافظی کرد و منتظر جایگزین تازه‌ای برای آن بود. از آن گذشته استفاده از نانولوله‌های کربنی آن هم در چنین سطحی از دقت و حجم در قالب مدارات بی سابقه بوده است. پس نباید انتظار داشت به سرعت همه چیز انجام شده و نخستین رایانه‌های ساخته شده از آنها وارد بازار مصرف شوند. ما هنوز در ابتدای یک راه طولانی هستیم که البته پایان مشخصی نمی‌توان برای آن متصور شد چون هر روز می‌توان ابداعی تازه در این فرآیند ارائه کرد.

مشخصه اصلی این نوع مدار جدید چیست؟

می‌توان گفت تراکم بالای استفاده از نانولوله‌های کربنی در یک فضای بسیار محدود یعنی ریز مدار مهم‌ترین ویژگی این پروژه جدید است. در گذشته از تک نانولوله‌های کربنی در مدارها استفاده می‌شده است اما اکنون صحبت از انبوهی از مدارهاست. در این نوع مدارها اجزای سازنده آنچنان با دقت و ظرافت در کنار یکدیگر ردیف شده‌اند که شاید بتوان مدعی شد معادل چند مدار ساده در یکجا جمع شده است؛ البته در گذشته نیز چنین مدارهایی تولید شده‌اند. در این مدارها استفاده از سیلیکون، برگ برنده محققان بوده است اما چند مشکل آزاردهنده وجود داشته است. افزایش مصرف الکتریسیته و در نتیجه حرارت بالایی که به دنبال آن تولید می‌شود، می‌تواند برای هر دستگاه الکترونیکی خطرناک باشد. در نمونه جدیدی که به جای استفاده از سیلیکون از نانولوله‌های کربنی استفاده شده است نه تنها سرعت مدار افزایش یافته بلکه حرارت ناچیزی نیز تولید می‌شود.

آیا می‌توانید مقایسه ساده‌ای برای نمایش تفاوت این دو تکنیک ارائه کنید؟

بله. آزمایشات متعدد ما نشان داده‌اند مداری که با استفاده از انبوه نانولوله‌های کربنی ساخته شده است در مقایسه با نمونه‌ای که مبنای آن استفاده از سیلیکون بوده تا 5 برابر سرعت عمل بیشتری دارد. این دستاورد ارزش زیادی برای سازندگان رایانه دارد. هم اکنون شرکت‌های مختلف سازنده رایانه در جهان برای عقب نماندن در کورس رقابت سعی می‌کنند محصولاتی ارزان‌تر و در عین حال با کیفیتی مناسب ارائه کنند. البته نکته مهم این است که می‌توان با اعمال تغییرات و اصلاحاتی، ترانزیستورهای سیلیکونی کوچک و با دوام طراحی کرد اما زمانی که صحبت از ابعاد بسیار کوچک به میان می‌آید صحبت از سیلیکون چندان جذاب نخواهد بود چون نتیجه کار چندان رضایتبخش نخواهد بود. پس در اینجاست که صحبت از پیدا کردن جایگزین مناسب می‌شود. ما متوجه شده‌ایم استفاده از نانولوله‌های کربنی راه حل مناسب و مطمئنی است.

چرا فکر می‌کنید استفاده از نانولوله‌ها مشکل شما را در ابعاد بسیار کوچک حل می‌کند؟

این مواد نه تنها بسیار کوچک هستند، بلکه قابلیت‌های مختلفی دارند که در الکترونیک و صنعت رایانه‌سازی نمی‌توان از آنها چشم‌پوشی کرد. استفاده از نانولوله‌ها به دلیل این‌که عملکرد بسیار رضایتبخش دارند و دانش به‌کارگیری آنها نیز تا حد زیادی پیشرفت داشته است به سرعت در حال گسترش است. اکنون زمان آن رسیده است که مدارهای مختلف الکترونیکی را با استفاده از نانولوله‌ها طراحی کرد.

در گذشته تلاش‌های موفقیت‌آمیزی در زمینه استفاده از نانولوله‌ها در ساختارر ترانزیستورها و مدارها دیده شده است. تفاوت اصلی کار شما با پروژه‌هایی از این دست در چیست؟

در تلاش‌های قبلی که اتفاقا سهم زیادی در موفقیت امروز ما داشته‌اند، صرفا بر روی تک نانولوله‌های کربنی کار شده است. اما باید اعتراف کنیم که این موفقیت‌ها موجب شده تاکنون بتوانیم دامنه کار را گسترش داده و از انبوهی از نانولوله‌های کربنی فشرده‌شده به هم استفاده کنیم. در این پروژه و برخلاف تمامی تلاش‌هایی که در گذشته انجام شده است، با مجموعه‌ای از ساختارهای نانویی سر و کار داشته‌ایم. در این میان اعمال کنترل تک تک نانولوله‌ها فرآیندی دشوار بوده است که به خوبی از عهده آن بر آمده‌ایم. البته در این میان احتمال بروز خطا نیز وجود دارد چون با انبوهی از نانولوله‌ها سر و کار داریم و ممکن است در برخی موارد و به دلیل ابعاد بسیار کوچکشان، رفتار و مشخصات برخی از آنها را از دست بدهیم.

به نظر می‌رسد در سال‌های آتی و با ورود این نوع مدارها به صنعت رایانه‌سازی، تحول بزرگی در صنایع الکترونیک ایجاد می‌شود؟

این یک امر کاملا طبیعی است و نباید انتظار دیگری داشت. هر روز باید منتظر ابداعی تازه در زندگی بود. البته برخی از آنها سریع‌تر و برخی آرام‌تر روی می‌دهند. پیش بینی ما بر این است که در یک دهه آینده نسل جدیدی از رایانه‌ها تولید و روانه بازارها شوند که از حیث ساختار و مصرف انرژی و سرعت عمل تفاوت زیادی با نمونه‌های فعلی دارند. استفاده از این نوع رایانه‌ها و دستگاه‌های مرتبط با آنها در مواردی همچون تحقیقات پیشرفته و کاوش‌های فضایی کاملا به چشم خواهند آمد.

پروفسور فیلیپ وانگ در یک نگاه

پروفسور فیلیپ وانگ سال‌هاست که در دانشگاه استنفورد به عنوان یک مغز متفکر در زمینه الکترونیک مشغول به فعالیت است. او در سال 1983 از دانشگاه نیویورک مدرک کارشناسی ارشد خود در رشته مهندسی برق را دریافت کرد و در سال 1988 نیز در همین رشته از دانشگاه «لیهای» مدرک دکتری خود را اخذ نمود. وی در سال 2004 به دانشگاه استنفورد پیوست و این درحالی بود که بیش از 16 سال همکاری تحقیقاتی نزدیکی با شرکت بزرگIBM داشت. وی در سال‌های اخیر بیشتر بر روی علوم و فناوری مرتبط با نانو کار کرده است. تصویربرداری الکترونیکی و نیمه هادی سازی مبتنی بر نانولوله‌های کربنی از جمله علایق علمی وی به شمار می‌آید.

مهدی پیرگزی