Сотрудники Гарвардского университета и корпорации MITRE создали программируемую логическую схему на основе нанопроводов.

Общий диаметр задействованных в эксперименте нанопроводов с сердцевиной из германия и кремниевой оболочкой толщиной в 2 нм составил всего 14 нм. Учёные расположили их параллельно друг другу на подложке из диоксида кремния, закрыв сверху двумя изолирующими слоями оксида алюминия, между которыми находился ещё один слой диэлектрика (оксида циркония). Такая система позволяет проводам захватывать носители заряда и выполнять функции энергонезависимой памяти.

Перпендикулярно нанопроводам были проложены металлические управляющие электроды, и на участках пересечения первых с последними создавались полевые транзисторы. По словам руководителя исследования Чарльза Либера (Charles Lieber), с помощью этой методики можно достичь очень высокой плотности размещения транзисторов, но работать они будут относительно медленно — на частоте в 10–100 МГц, далёкой от гигагерцевых показателей КМОП-технологии. С другой стороны, транзисторы получаются весьма экономичными: если будущим КМОП-схемам понадобится по 10–100 нВт на каждый транзисторный элемент, то новая схема потребует лишь 1 нВт. Следовательно, нанопровода можно будет использовать при создании контроллеров для миниатюрных устройств (скажем, биодатчиков) с жёсткими ограничениями по потребляемой мощности.

В полученный авторами массив входят 496 транзисторов, размещённых на площади в 960 мкм². Для того чтобы схема выполняла заданные логические функции, её программируют, подавая напряжение разного номинала на электроды. Опыты показали, что надлежащим образом подготовленная схема может играть роль сумматора, вычитателя, мультиплексора, демультиплексора и защёлки на D-триггере.

Сейчас, как сообщает г-н Либер, учёных занимает вопрос расположения нанопроводов на подложке. Когда этот процесс будет контролироваться чётче, физики изготовят более масштабные образцы, напоминающие реальный наноразмерный процессор.

Полная версия отчёта опубликована в статье:

Hao Yan, Hwan Sung Choe, SungWoo Nam, Yongjie Hu, Shamik Das, James F. Klemic, James C. Ellenbogen & Charles M. Lieber Programmable nanowire circuits for nanoprocessors. – Nature. – 2011. – 470. – P. 240–244; doi:10.1038/nature09749.