三年前当Rice大学化学家James Tour开始向他的投资者宣讲他的纳米技术时,很少有听众来,即使他的足迹曾记录了他在纳米科学中是世界上最成功的专家之一。今天,Tour再作讲演,同样的听众全部到了。“在纳米科学这一领域中工作了十三年后,人们说,‘这是天上掉下的馅饼,决不再是工作’,得到投资共同体某些认可就感到满意了。”Tour这样谈论着自己的体会。
说“某些认可”是说得婉转点。和Tour在1999年共建的分子电子公司是首先寻找纳米电子商业突破的公司之一。但只有到去年,随着其先进性的来临几乎比任何人预期的更快时,随着投资本家突然感兴趣时,许多以几百万投资资本作后盾纳米技术公司才业已形成。
在Molecular Electronics公司计划采用单个分子储存一些信息,建造计算机记忆的同时,其它公司正针对超敏感生物传感器、平面显示器或纳米激光器。努力的共同点是渴望运用纳米尺寸的成分取代常规电子。纳米技术去年已进入狂热程度,比一年前的想法向前迈进一大步。
纳米技术将可能影响经济的许多部门(vast section),从生物技术、卫生保健到能源。但如果Tourhe 和Weiss这样科学家预言是正确的话,那么最大的影响是来自纳米电子,对于纳米电子来说,希望获得比以往任何时候制造的常规设备更小、更快、更便宜。其先进性已经以更快的速度来临。1998年,研究人员经努力装配出单一的纳米电子元件:初步起开关作用的分子,现在研究人员正在把许多纳米元件连接起来,并留意下一步工作:如何集成完整的设备比如记忆芯片。
今天,有了130纳米大小的硅微芯片,但是要继续降低硅芯片的尺寸变得越来越昂贵和困难,“在某些观点看来,硅正失去动力”,在Lucent Technology 的Bell实验室里担任纳米研究主任及1999TR100成员的John Rogers说,“你们需要走其它途径|”,Rogers说象单个分子尺寸的晶体管,虽然形成商业化仍需要至少十年的时间,但使用这些分子晶体管制造芯片是为本世纪建造更快、更便宜计算机产业化创造希望。
“随着我们谈论着电子工业,我们正准备制造计算机,它不是恰好如你的手腕手表大小,也不恰好如你的衬衣钮扣大小,而是如同衬衣中的一条纤维大小“。在Hewlett-Parckard实验室中的计算机设计师Phlip Kuekes这样说。Kuekes和他的同事正根据锡导线的正交排列芯片设计电路,通过分子晶体管连结每一个相交点,Kuekes说,再过五年,Hewlett-Packard将论证一种逻辑电路,它相当于大约1969年以硅为基础的电路电力,“我们正试图去再发明集成电路—具有硅的逻辑、记忆和相交连结特点,但仅有分子大小制造的工艺组成”。
然而,第一个衬衣丝计算机出现之前,公司将开始把包括锡导线和超密计算机记忆的纳米电子元件集成至常规硅电子上。例如,H ewlett-Pachard 和Molecular Electronic两家公司都计划在2004年前有原创记忆元件,在单个分子中能储备少量数据的元件,能提供比现在使用在计算机中的电子记忆多几千倍的密度记忆。
研究人员还摈弃了常规技术,正在开展用纳米技术去开发新的生物和化学传感器的工作。加里福尼亚大学,伯克里分校的化学家Yang Peidong一位从事开发硅纳米导线的研究人员。Yang解释了甚至和单个分子连结就能改变电流状态。研究人员能测定到未知分子的变化,从而达到诊断和致病菌检测的目的。
然而,为了全面实现纳米电子的可能性,研究人员必须清楚几个主要的问题。首先,他们必须建造象硅那样功能全面、可靠、有效的坚固纳米电子元件,这不是小的任务,硅用于半导体已领先50年。最后贝尔实验室的Hendrink Schon,通过制造经晶体管,在向获取或放大电流这一某关键特性上与硅相匹配的分子晶体管方面,有效地向目标迈进一步。没有放大,电子信号很快衰退,并且复合元件不能象复杂逻辑电路那样一起工作,“我们不仅用这一元件作开关而且还要放大电流;因此,这样的晶体管适合去建造大线路板。”Schon说。
但是,这些“小的试验片段”仅是战役的一半,在Rice的物理学教授、Nobel奖获得者Richard Smalley说,“必需开发一种使这些片段自愿去你让它们去的地方的方法。”成百万,甚至三百万的分子晶体管能被装在一个芯片上,多得不能一个一个排列。另外,西北大学化学教授Mark Ratner也说,“你要这些变得如此自动化,以致于任何Bozo都能去做。“
最有希望的接近之一是称为“自我集成”, 回头聆听生物学发展的声音。自然界本身以复杂途径集成分子和其它纳米成分方面,已经做了令人惊奇的工作。在Austin的Texas大学中,化学家Angela Belcher,正在生长多代病毒和细菌,探索将能束缚于碳纳米管 的“蛋白质手柄”演化特性——具优质强度和电子性质的类似管状分子——存储用于纳米电子的模式中。学习如何去成长纳米电子这种方法可能要花费点时间,但是功能性的纳米电子元件似乎比两年前假设的更容易些。
就是这些新的许诺,迈出了这一领域充满风险、不成熟的一步。“许多VCs和投资者正在寻找下一大潮的到来。”Steven Jurvetsow说,他是旧金山Draper Fish Jurvetson的投资资本家和1999 TR100的成员,“纳米技术是具有广泛应用的最伟大的技术机会之一。”Jurveston把三个纳米电子企业纳入他公司文件夹。他的坚定不是他一个人有,按照风险投资资源,风险投资资本家,在2001年把超过10亿美金投资金额用于有关纳米技术的创新上。但是Jurveston提醒投资者应小心,“‘纳米’词头,并不是象‘来’这样的词尾说来就来,应保持一份清醒”。
的确,目前传统的微电子公司毫不害怕。但是,许多研究人员承认,由于纳米技术的最新进展,在他们手中有纳米技术新技术,具有极大发展电子技术的可能性。Bell实验室的Roger说,要记住一个重要的事是,最渴望等待的应用可能不是最后帮助如何改变人们的生活,因为发明晶体管的人或许不能想象新型计算机什么样,这是件难于预料的事情。
纳米电子还处于非常幼年时期,象Schon和Tour这样的研究人员直率地承认,他们对纳米科学仍有不确知的地方,对此仍需保持开始时的冲劲。但是,至少人们现在正在注意并有投资的可能性。
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