中國粉體網11月7日訊 斯坦福大學的科學家們日前報告，他們已經建成世界上第一臺完全使用碳納米管做晶體管的計算機。雖然還只能算是個原型，但是人們已經可以預見一臺理想的碳納米管電腦：它將比現在的硅芯片電腦更小、更快、更節能。
計算機并不是生來就如此小巧便捷的。第一臺電腦在1946年誕生的時候，占據了美國賓夕法尼亞大學一個170平方米的大房間，跟一輛坦克差不多重，全身插滿了真空管和二極管；而30年后，一片邊長不到1厘米的正方形硅芯片就能擁有和這個龐然大物一樣的計算能力。這就是新材料的偉力。
作為長期以來最具商業影響力的半導體材料，硅有著輝煌的歷史，它見證了計算機在小型化和高性能道路上的飛速發展。硅基芯片的成功一次次驗證了摩爾定律：同一塊集成電路上可容納的晶體管數目，每隔約18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。
然而，摩爾定律終將遭遇瓶頸。由于制造工藝和材料本身物理屬性的限制，許多人認為，幾年之內科學家就將發現硅基電子元件的發展到達極限，無法制備出更小的硅晶體管。誰將是代替硅的下一代新材料？碳納米管當仁不讓。
制備出世界上最長碳納米管的清華大學化學工程系教授魏飛評價，碳納米管構成的晶體管，比硅基元件在體積大小上有了數量級程度的下降，同時在處理速度上將有幾個數量級的提升。當信息產業跨入以全碳器件為核心的新時代，電子元件的加工極限將延伸到1納米尺度。“完全使用碳納米管計算機的問世，對于信息技術革命有其里程碑式的意義�！�
人們很早就發現了碳納米管的優秀屬性：極其微小，又很堅韌，耐高溫，也不怕冷……2012年，IBM研究人員研發的碳納米管晶體管，運行速度已經是傳統硅晶體管的三倍，并且可以密集排列在一塊計算機晶片上。但是想要拿來建成可以計算、編程的計算機，還存在兩個難題—斯坦福大學團隊成功解決了它們。
一個難題是碳納米管在培育過程中會產生一些“變異分子”，它們不再是半導體，而是像金屬一樣的導體，如雜草一樣干擾芯片的制造�？茖W家的辦法是給所有的碳納米管通電，變成導體的那一部分就會受熱氧化，最終變成二氧化碳，這樣就巧妙地去除了雜質。另一個難題是如何保證碳納米管按照整齊的平行線生長，如此電路才能正常工作。科學家一方面改進工藝，包括用前面所說的通電燃燒的辦法，使99.5%的碳納米管都能沿直線生長；對于剩下的0.5%“不聽話”的碳納米管，他們設計了一個算法，使得電路布線可以巧妙地繞過這一部分，從而解決了這個問題。
這臺碳納米管計算機最終包含178個晶體管，可執行計數和數字排序等任務，并能運行一個基本的操作系統。斯坦福大學教授薩巴辛·米特拉（Subhasish Mitra）認為，他們的工作將多年來人們設想的全碳納米管計算的概念變成了實實在在的制造工藝。雖然前路漫漫，但是碳納米管半導體以產業規模進行生產，最終取代硅半導體的第一步已經邁出。魏飛說，進一步解決高質量的半導體性碳納米管的超長、定向、高密度排列問題，并利用高端技術研發高端產品，將碳基芯片應用于硅基計算做不到的領域，將是碳納米管計算機研究未來的發展方向。
計算機并不是生來就如此小巧便捷的。第一臺電腦在1946年誕生的時候，占據了美國賓夕法尼亞大學一個170平方米的大房間，跟一輛坦克差不多重，全身插滿了真空管和二極管；而30年后，一片邊長不到1厘米的正方形硅芯片就能擁有和這個龐然大物一樣的計算能力。這就是新材料的偉力。
作為長期以來最具商業影響力的半導體材料，硅有著輝煌的歷史，它見證了計算機在小型化和高性能道路上的飛速發展。硅基芯片的成功一次次驗證了摩爾定律：同一塊集成電路上可容納的晶體管數目，每隔約18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。
然而，摩爾定律終將遭遇瓶頸。由于制造工藝和材料本身物理屬性的限制，許多人認為，幾年之內科學家就將發現硅基電子元件的發展到達極限，無法制備出更小的硅晶體管。誰將是代替硅的下一代新材料？碳納米管當仁不讓。
制備出世界上最長碳納米管的清華大學化學工程系教授魏飛評價，碳納米管構成的晶體管，比硅基元件在體積大小上有了數量級程度的下降，同時在處理速度上將有幾個數量級的提升。當信息產業跨入以全碳器件為核心的新時代，電子元件的加工極限將延伸到1納米尺度。“完全使用碳納米管計算機的問世，對于信息技術革命有其里程碑式的意義�！�
人們很早就發現了碳納米管的優秀屬性：極其微小，又很堅韌，耐高溫，也不怕冷……2012年，IBM研究人員研發的碳納米管晶體管，運行速度已經是傳統硅晶體管的三倍，并且可以密集排列在一塊計算機晶片上。但是想要拿來建成可以計算、編程的計算機，還存在兩個難題—斯坦福大學團隊成功解決了它們。
一個難題是碳納米管在培育過程中會產生一些“變異分子”，它們不再是半導體，而是像金屬一樣的導體，如雜草一樣干擾芯片的制造�？茖W家的辦法是給所有的碳納米管通電，變成導體的那一部分就會受熱氧化，最終變成二氧化碳，這樣就巧妙地去除了雜質。另一個難題是如何保證碳納米管按照整齊的平行線生長，如此電路才能正常工作。科學家一方面改進工藝，包括用前面所說的通電燃燒的辦法，使99.5%的碳納米管都能沿直線生長；對于剩下的0.5%“不聽話”的碳納米管，他們設計了一個算法，使得電路布線可以巧妙地繞過這一部分，從而解決了這個問題。
這臺碳納米管計算機最終包含178個晶體管，可執行計數和數字排序等任務，并能運行一個基本的操作系統。斯坦福大學教授薩巴辛·米特拉（Subhasish Mitra）認為，他們的工作將多年來人們設想的全碳納米管計算的概念變成了實實在在的制造工藝。雖然前路漫漫，但是碳納米管半導體以產業規模進行生產，最終取代硅半導體的第一步已經邁出。魏飛說，進一步解決高質量的半導體性碳納米管的超長、定向、高密度排列問題，并利用高端技術研發高端產品，將碳基芯片應用于硅基計算做不到的領域，將是碳納米管計算機研究未來的發展方向。
