Křemík nepatří do starého železa

Ačkoliv experimentální počítačové vědy hýří pojmy, jako jsou "kvantové počítače" či "uhlíkové nanotrubice", při pohledu na poslední vývoj situace se nezdá, že by ani klasické křemíkové počítače, na nichž tento text nejspíše čtete, patřily do sběru. Vzdor strašení fyzikálními limity se nezdá, že by stále narazily na strop svých možností - alespoň to platí v případě počítačové paměti, které vědci z Albertské univerzity pod vedením Roshana Achala zvládli tisícinásobně "nafouknout".

Mikročipy se dnes vyrábějí pomocí série litografických metod spočívajících typicky v ozařování a leptání křemíku. V součtu jsou však vytvořené konstrukce vždy o souboji mezi jednoduchostí výroby struktur a jejich teplotní odolností. To omezuje jejich komplexnost, a tak i možnosti aplikace. Ne snad, že by neexistovaly metody, jak složitější struktury vyrábět - lze tak ale obvykle činit jenom při extrémně nízkých teplotách, a vytvořené čipy pak mají naopak problém vydržet teploty pokojové.

Achalova práce to navrhuje obejít pomocí využití nanotechnologických konstrukčních metod - jmenovitě automatizovanou vodíkovou litografii rozšířenou pomocí technik tunelové mikroskopie. S její pomocí byli s to vytvořit komplexní struktury dříve možné jenom při extrémně nízkých teplotách, které však dovedou ustát až teplotu 200 °C.

Tam dole je hodně místa

Takzvaný jednoatomový zápis na arsenem dopovaný plátek křemíku se děje pomocí tunelové mikroskopie za použití wolframového hrotu. Ten skrze své výboje při teplotě 1250 °C z cílové oblasti eliminuje nežádoucí zoxidované atomy, načež je přiveden vodík, který po zahřátí na 1900 °C na křemík zapisuje atomy vodíku v kýženém pořadí.

Metoda tedy zjednodušeně přesouvá či umisťuje jednotlivé atomy vodíku a utváří tak u nich potenciální médium počítačové paměti. Díky velikosti atomů je pak tato paměť několikařádově efektivnější než dnešní běžně dostupné paměti.

Zápis abecedy v osmibitové podobě a hudebního tématu počítačové hry Mario v podobě 192 bitů | zdroj: Nature Communications

Ačkoliv lze takto teoreticky ztisícinásobit hustotu zápisu dnešních pamětí, prozatím vědci zapsali poměrně omezené množství dat – jednalo se o abecedu v osmibitové podobě a písničku, přesněji téma počítačové hry Mario, v podobě 192 bitů (viz obrázek výše). Autoři práce však dodávají, že prozatím limitované metody zápisu budou časem v navazujících studiích dosahovat vyšší složitosti. Konec konců, prozatím jde o první průlomovou studii.

"S tímto posledním kusem hádanky, která máme nyní v ruce, se atomová výroba stane komerční realitou ve velmi blízké budoucnosti," řekl ke studii profesor Robert Wolkow z laboratoře související s prací. Jeho vlastní společnost Quantum Silicon Inc. ostatně již sama pracuje na komercionalizaci výroby.

V dohledné době se tak možná dočkáme dalšího skokového zvýšení kapacity pevných disků i bez přehršle futuristických technologií, jejichž samotná povaha kvůli nutnosti překopat výrobní procesy tržní aplikaci notně zpomaluje.  

Studie byla zveřejněna v časopise Nature.