Cedric met daarvoor een plak met koolstofchips (foto: Stanford-universiteit)

Heeft kiezel (=silicium) zijn langste tijd gehad als kern-materiaal van computers? Als dat zo is dan gebeurt dat niet van vandaag op morgen. Koolstofnanobuisjes hebben de toekomst, is de verwachting.  Onderzoekers van de universiteit van Stanford (VS) hebben nu voor het eerst een simpele chip met (maar) 178 transistoren gemaakt, waar niet silicium maar nanobuisjes de elektronen ‘vervoeren’. De computer, Cedric gedoopt, is nog erg traag en kan niet verder dan 32 tellen. “Het is een simpele computer”, zegt onderzoeker Subhasish Mitra, “maar geen triviale.” Sommigen spreken al weer van een ‘doorbraak’, maar dat woord wordt maar al te vaak misbruikt.

Subhashis Mitra van de Stanford-universiteit (VS).

Al in 1988 maakte onze ‘eigen’  Cees Dekker transistoren van koolstofnanobuisjes. Dekker in New Scientist: “Het is prachtig om te zien dat zo’n koolstofcomputer er nu is, vijftien jaar nadat we nanobuisjes gebruikten om de basiselelementen van een computer te bouwen.” Elektrische en thermische eigenschappen van koolstofnanobuisjes maken die uitermate geschikt als opvolger van silicium. In principe kun je er snellere en efficiëntere transistoren mee bouwen. Het probleem was steeds dat het lastig is met die minuscule buisjes te werken en dat probleem werd tot voor niet zo heel lang geleden als onoverkomelijk gezien. Mitra en zijn medewerkers leiden hun nanobuisjes in goede banen door ze te laten groeien op een kwartsplak, waarbij de buisjes zich richten naar de kristalstructuur van het kwartskristal. De verkeerd gerichte buisjes, ‘slechts’ een half procent, worden weggeëtst. Met een sterke stroom worden onbruikbare metallische nanobuisjes verwijderd, zodat er alleen halfgeleidende koolstofnanobuisjes overblijven, zo beschrijven de onderzoekers in Nature. Mitra: “Tot nu toe zei iedereen dat je niets van nanobuisjes kunt maken, maar dat probleem is nu opgelost.” Dat kleine aantal transistoren op de chip (178) had te maken met de omstandigheid dat de onderzoekers hun chips op apparatuur van de universiteit hebben gebouwd en niet bij een professionele chipmaker.

Toen de chip eenmaal gemaakt was, werd ie aan het werk gezet: tellen (tot 32 dus) en sorteren. Cedric kan schakelen tussen die twee programma’s. Het ding is wat genoemd wordt Turingcompleet, wat betekent dat het in principe kan doen wat een gewone computer ook kan, alleen veel en veel trager. De 1-bitscomputer heeft een kloksnelheid van 1000 Hertz. Een erg trage slak, in hedendaagse computerbegrippen. Die traagheid heeft er deels mee te maken dat het ding aan de meter hangt. Mitra: “Als je die meetapparatuur weghaalt, dan gaat het al een stuk sneller.”

Hoewel Mitra doet alsof de problemen met het maken van een koolstofcomputer achter de rug zijn, betekent het resultaat van zijn onderzoek toch niet meteen dat de koolstofchip binnenkort in een reguliere computer zal verschijnen. Die 99,5% juist gerichte nanobuisjes is in het lab een mooi resultaat, maar voor een commerciële chipmaker een nachtmerrie. Er is echter geen fundamentele barrière waarop de massaproductie van koolstofchips stuit.  “Als het onderzoek zich richt op de opschaling tot 64 bits en de verkleining tot 20 nanometer (bij Cedric is dat nog 8000 nm; as), zouden we binnenkort op zo’n computer kunnen tikken”, zegt Franz Kreupl van de technische universiteit van München tegen de BBC. Volgens Max Shulaker, een van de onderzoekers, is hun productiemethode haalbaar met de apparatuur die momenteel door chipmakers worden gebruikt. Wat voor silicium bruikbaar is zou ook voor koolstofnanobuisjes bruikbaar zijn.

Bron: New Scientist, Eurekalert, BBC