Bilgi işlem dünyasında on yıllardır süren ‘daha küçük, daha hızlı’ yarışı, fiziksel ve ekonomik duvarlara çarpmaya başladı. Apple’ın A17 Pro ve TSMC’nin 3 nm (nanometre) işlemcileri gibi en gelişmiş çiplerde transistör geçit uzunlukları 15 nm’nin altına indi. Ancak bu küçülme, beraberinde ciddi mühendislik sorunlarını ve astronomik maliyetleri getirdi.
Bugün 3 nm teknolojisine sahip bir üretim tesisi kurmanın maliyeti 20 milyar doları aşıyor. Bu ekonomik yükün yanı sıra, atomik ölçekte elektronların kontrolsüz sızması (tünelleme), enerji israfına ve aşırı ısınmaya yol açarak verimlilik artışını engelliyor.
MEVCUT ÇİPLERDEN 1000 KAT DAHA FAZLA YOĞUNLUK
Bu tıkanıklık, teknoloji dünyasında radikal bir fikrin yeniden gündeme gelmesini sağladı: Tek tek molekülleri elektronik bileşen olarak kullanmak. Microsystems & Nanoengineering dergisinde yayımlanan son inceleme, moleküler elektroniğin artık sadece teorik bir çalışma olmadığını, ciddi bir endüstriyel aday haline geldiğini ortaya koyuyor.
Nanowerk verilerine göre, moleküler elektronik sayesinde santimetre kare başına 10 üzeri 14 (10¹⁴) cihaz yoğunluğuna ulaşılabilir. Bu rakam, günümüzün en gelişmiş silikon çiplerinden yaklaşık 1000 kat daha fazla bir işlem gücü ve yoğunluk anlamına geliyor.
KUANTUM TÜNELLEME VE GİRİŞİM ETKİSİ
Moleküler elektronik, geleneksel silikon teknolojisinden tamamen farklı prensiplerle çalışıyor. Yükler sürekli malzemeler yerine, moleküler bağlantılar üzerinden ‘kuantum tünelleme’ yoluyla hareket ediyor.
Bu teknolojide, elektron akışı ‘kuantum girişimi’ ile kontrol edilebiliyor. Örneğin benzen bazlı moleküllerde, bağlantı noktalarının konumuna (para veya meta konfigürasyonu) göre iletkenlik artırılabiliyor veya tamamen kesilebiliyor. Bu özellik, sıradan yarı iletkenlerde mümkün olmayan yeni nesil devre tasarımlarına kapı aralıyor.
DNA ORİGAMİ İLE HASSAS ÜRETİM
Moleküler çiplerin üretimi, 3 nanometreden daha küçük elektrot aralıkları gerektirdiği için büyük zorluklar barındırıyor. Ayrıca organik moleküllerin yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 200°C üzeri) dayanıksız olması, 400°C'yi aşan standart çip üretim süreçleriyle uyumsuzluk yaratıyor.
Araştırmacılar bu sorunu aşmak için ‘DNA origami’ tekniğini öneriyor. Bu yöntemle DNA, nano ölçekli şekillere katlanarak molekülleri üretim sürecinin son aşamasında hassas bir şekilde doğru pozisyona yerleştiriyor.
BEYİN BENZERİ HESAPLAMA MÜMKÜN OLACAK
Geliştirilen dinamik bağlantı teknikleri ve MEMS tabanlı sistemler sayesinde, moleküler elektroniklerin güvenilirliği test edilmeye başlandı. Uzmanlar, bu teknolojinin özellikle ‘memristörler’ (hafıza dirençleri) aracılığıyla beyin benzeri nöromorfik hesaplamayı mümkün kılacağını belirtiyor. Ayrıca, tek kimyasal reaksiyonları izleyebilen ultra hassas sensörlerin geliştirilmesi, tıp ve malzeme biliminde devrim yaratabilir.
Sektör otoriteleri, silikon teknolojisinin ekonomik sınırlarına yaklaşıldıkça, üç boyutlu ve çok katmanlı moleküler çiplerin geleceğin standardı olabileceğini öngörüyor.
