Każdy choć trochę obeznany z rozwojem technologii komputerowych zna prawo Moore’a. Zgodnie z nim moc obliczeniowa procesorów podwaja się co 18 miesięcy. Od wielu lat prawo to znajduje z niezłą zgodnością potwierdzenie ze strony przemysłu komputerowego, a w szczególności przemysłu mikroprocesorów.

Nie wchodząc zbytnio w szczegóły, interesujące zapewne elektroników, wydobywanie coraz lepszych parametrów z krzemowych kostek polega na upakowywaniu coraz większej liczby układów logicznych (w tym przypadku tranzystorów) na jednostce powierzchni. Im więcej tranzystorów, tym więcej można przeprowadzić operacji i tym samym zwiększyć wydajność układu.

Najskuteczniejszą metodą, co narzuca się w oczywisty sposób, jest miniaturyzacja instalowanych na krzemowej płytce obwodów. We współczesnych procesorach typu Pentium szerokość ścieżek obwodów osiągnęła poziom 0,35 mikrona, co już znajduje się na granicy nie tylko praktycznych, ale i teoretycznych możliwości.

Praw fizyki się nie zmieni

Co przeszkadza jeszcze bardziej zmniejszać rozmiary istniejących w procesorze układów? Odpowiedzi nie trzeba długo szukać: prawa fizyki. Na przykład prawo Ohma, zgodnie z którym oporność przewodu jest odwrotnie proporcjonalna do średnicy tego obwodu. Czyli, im cieńsza ścieżka, tym więcej wydziela się w niej ciepła. Drugim czynnikiem powodującym zwiększone wydzielanie ciepła jest napięcie. Im większe, tym „cieplej”. Stąd we współczesnch procesorach dąży się do obniżenia stosowanych napięć.

Kolejnym problemem jest wytwarzanie układów o tak cienkich ścieżkach. Klasyczne metody fotolitografii w nadfiolecie kończą się przy poziomie 0,3 mikrona. Przy 0,1 mikrona wkraczamy w obszar rozmiarów mniejszych od długości fali świetlnej w widzialnej części widma. Następnie jest już promieniowanie rentgenowskie, które teoretycznie można wykorzystać do tworzenia supercienkich ścieżek dla przyszłych, jeszcze szybszych procesorów. Tyle, że przejście z nadfioletu do promieniowania rentgenowskiego nie jest tylko zmianą ilościową. Wykorzystanie technologii rentgenowskich wymaga opracowania zupełnie nowych, znacznie bardziej skomplikowanych (i droższych) niż dla promieniowania widzialnego.

Wielki skok

Skoro już tyle kłopotu, może warto pójść zdecydowanie dalej, do świata innych rozmiarów i innych metod pracy? Włączenie się do gry o kolejne generacje układów scalonych wywołuje drżenie rąk u ludzi, których najmniej można by posądzać o elektroniczne zainteresowania - u chemików organików.

Już od co najmniej dwudziestu lat w wielu laboratoriach chemicznych pracuje się nad zagadnieniem przewodnictwa elektrycznego w pojedynczych molekułach. Pierwsze doniesienia o możliwości wykorzystania układów molekularnych do konstrukcji układów elektronicznych pojawiły się w 1974 r. w pracach Arieha Avirama z Centrum Badawczego IBM w Yorktown Heights i Marka Ratnera z Northwestern University w Evanston.

Wiadomo, podstawą elektryfikacji jest kabel. Czy można wytworzyć „druty molekularne” - długie, pojedyncze cząsteczki przewodzące prąd z wystarczającą wydajnością? Odpowiedź jest pozytywna i metody otrzymywania takich związków są już opracowane. Cała sztuka polega na syntezie cząsteczek łańcuchowych, w których na przemian występują wiązania pojedyncze i wielokrotne (możliwe są też kombinacje związków aromatycznych, zawierających pierścienie benzenopodobne). Przy odpowiedniej sekwencji tych wiązań występuje znany chemikom efekt delokalizacji elektronów zewnętrznych powłok elektronowych atomów wchodzących w skład molekularnego łańcucha. Powstaje wspólna dla całego „druta” chmura elektronowa (podobnie jak w przewodnikach metalicznych) i może nastąpić przewodnictwo elektryczne.

James Tour z Uniwersytetu Południowej Karoliny w Stanach Zjednoczonych szacuje, że współczesne druty molekularne mogą przenosić prąd o natężeniu 0,1 mikroampera, co odpowiada tarnsportowi w ciągu sekundy tryliona elektronowów.

Drut to jednak zbyt mało, by zbudować procesor zdolny do wykonywania operacji logicznych.