Máy tính dùng ống nano carbon

Các nhà khoa học cho rằng: cho tới nay, việc dùng CNT thay cho silicon để chế tạo transitor vẫn chưa thể đạt được tiến triển đột phá, nguyên nhân chủ yếu là khi dùng làm vật liệu bán dẫn thì CNT bộc lộ hai nhược điểm: thứ nhất, rất khó xếp ngay ngắn các ống này để hình thành mạch điện transitor; thứ hai, do cách xếp các CNT mà sau khi chế tạo thành transitor thì một số transitor luôn có tính dẫn điện như kim loại, chứ không thể đóng ngắt dòng điện như transitor làm từ các chất bán dẫn khác. Bởi vậy, tuy từ năm 1998 đã chế tạo được transitor CNT nhưng vì chúng không làm được chức năng đóng ngắt dòng điện cho nên không thể dùng cho các sản phẩm điện tử.

Trong quá trình dùng CNT chế tạo transitor, nhóm nghiên cứu – gồm Philip Wong và Subhasish Mitra (hai người lãnh đạo nhóm), các nghiên cứu sinh tiến sĩ: Max M. Shulaker, Gage Hills, Nishant Patil, Hai Wei, Hong-Yu Chen – đã tìm ra được cách thiết kế khắc phục nhược điểm nói trên, gọi là Thiết kế tránh được ảnh hưởng của nhược điểm (imperfection-immune design). Một mặt họ thiết kế ra phương pháp tính toán thông minh, có thể tự động bỏ qua các CNT xếp hàng mất trật tự; mặt khác dùng dòng điện thiêu hủy những CNT chỉ có tính dẫn điện. Kết quả họ thu được một mạch điện hoạt động bình thường.

Nhóm nghiên cứu dùng phương pháp trên làm ra được con chip máy tính chứa 178 transitor, mỗi transitor cấu tạo bởi từ 10 đến 200 CNT. Thể tích con chip chỉ vào khoảng vài milimet khối. Với bộ xử lý trung tâm làm từ con chip đó, họ làm ra chiếc máy tính đầu tiên trên thế giới toàn bộ cấu tạo bởi các transitor CNT. Nhưng đây chỉ là chiếc máy tính nguyên mẫu.

Hãng thông tấn RFI nhận xét: Tuy chiếc máy tính tí hon ấy chỉ có một số chức năng cơ bản, tốc độ tính toán chỉ tương đương loại máy tính thập niên 50 thế kỷ XX, nhưng nó được coi là một bứt phá trong quá trình tìm kiếm vật liệu thay thế transitor silicon và mở ra hướng tiến tới sản xuất loại máy tính tốc độ nhanh, thể tích nhỏ, hiệu suất năng lượng cao hơn trước.

Hiện nay các transitor silicon trong bộ xử lý đã đạt được độ dày 8 micron (8.10^-6 mét); số lượng transitor silicon trong một bộ xử lý đã lên tới con số vài tỷ. Transitor đang được tiếp tục nghiên cứu theo hướng thu nhỏ thể tích nhằm để con chip có thể chứa được càng nhiều transitor càng tốt. Nhưng cùng với việc thu nhỏ kích thước transitor thì trong không gian chật hẹp sẽ sinh ra nhiều nhiệt lượng, lãng phí càng nhiều điện năng. Rõ ràng không thể thu nhỏ hơn nữa kích thước transitor silicon. Nghiên cứu cho thấy, CNT rất có hiệu quả trong việc điều khiển dòng điện; bởi vậy lối thoát chỉ có thể là CNT.
Ống nano carbon do S. Iijima (người Nhật) ở công ty NEC khám phá năm 1991, có ưu điểm nhẹ, kết cấu hình sáu cạnh hoàn mỹ và có nhiều tính năng kỳ lạ về cơ học, điện học và hóa học.

Đó là loại ống dùng một lớp mỏng nguyên tử carbon cuộn thành. Phải dùng kính hiển vi mới nhìn thấy nó, vì nó chỉ dày có 1 nm (nanometre, 10^-9 mét). Một không gian to bằng sợi tóc (dày khoảng 100 micron) có thể chứa được hàng nghìn CNT. Loại ống này có thể uốn cong được và hiện nay có tỷ suất độ bền/trọng lượng cao nhất trong tất cả các loại vật liệu loài người từng biết. Silicon là một chất bán dẫn tốt nhưng không thể nén thành lớp mỏng như vậy. Các nhà khoa học cho rằng, cấu trúc của CNT cho phép chúng dẫn điện tốt hơn, do đó có thể tạo ra loại transitor có tốc độ nhanh, hiệu quả năng lượng cao và thể tích nhỏ hơn transitor silicon.

Tuy vậy việc thực sự chế tạo được các con chíp bằng CNT lại cực kỳ khó.

Giáo sư Subhasish Mitra, đồng tác giả bài báo kể trên nói: “Người ta đang bàn về một kỷ nguyên mới của các sản phẩm điện tử làm bằng CNT, nhưng cho tới nay mới chỉ thấy rất ít sản phẩm trình làng. Lần này sẽ là một bằng chứng.”

Con chip bộ xử lý lắp bởi 178 transitor CNT nói trên có kết cấu đơn giản và tốc độ xử lý chậm, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng sau này họ sẽ làm được những bộ xử lý có số lượng transitor vượt xa con số 178.

Jan Rabaey, chuyên gia hệ thống điện và mạch điện nhận xét: “Trong một thời gian rất dài trước đây, transitor CNT luôn luôn được coi là có tiềm năng thay thế transitor silicon. Có thể khẳng định, tiến bộ công nghệ mới đó sẽ thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chất bán dẫn. Họ sẽ thăm dò khả năng áp dụng công nghệ này để trong một thập niên tới sẽ làm ra được bộ xử lý có hiệu suất sử dụng năng lượng cao.”

Bản tin của đài BBC nói: Trong 40 năm nay, chúng ta đã dự kiến sự kết thúc của thời đại silicon; có lẽ giờ đây đã thấy sự kết thúc đó. Báo chí Mỹ bình luận: trong tương lai có lẽ Thung lũng Silicon sẽ phải đổi tên [ĐH Stanford ở trong Thung lũng Silicon], nếu không người ta có thể nghĩ Silicon là một công nghệ lỗi thời của quá khứ.