UCLA, químicos de Caltech dan un paso hacia las computadoras moleculares - Calendae | Informática, Electrónica, CMS, Ciberseguridad

UCLA, químicos de Caltech dan un paso hacia las computadoras moleculares

Hola y mil gracias por leerme. Yo soy Simón Sánchez y en esta ocasión te voy a hablar sobre UCLA, químicos de Caltech dan un paso hacia las computadoras moleculares

Un equipo de químicos de la UCLA y el Instituto de Tecnología de California informa en la edición del 25 de enero de la revista Nature la demostración exitosa de un dispositivo de memoria «ultradenso» a gran escala que almacena información usando interruptores moleculares reconfigurables. Esta investigación representa un paso importante hacia la creación de computadoras moleculares que son mucho más pequeñas y pueden ser más poderosas que las computadoras actuales basadas en silicio.

El dispositivo de memoria de 160 kilobits utiliza moléculas entrelazadas fabricadas en el laboratorio de UCLA de J. Fraser Stoddart, director del California NanoSystems Institute (CNSI), que ocupa la cátedra UCLA Fred Kavli en Ciencias de Nanosistemas y ha sido galardonado con el título de caballero por la reina Isabel II en menos de un mes.

Un bit, o dígito binario, es la unidad básica de almacenamiento y comunicación de información en el procesamiento digital. Un kilobit es igual a 1000 bits y se usa comúnmente para medir la cantidad de datos transferidos en un segundo entre dos puntos de telecomunicaciones.

La investigación publicada en Nature describe la fabricación y el funcionamiento de un dispositivo de memoria. La memoria se basa en una serie de nanocables perpendiculares y entrecruzados, similar a un tablero de tic-tac-toe, con 400 hilos inferiores y otros 400 hilos superiores cruzados. En cada unión de la estructura tic-tac-toe y que sirve como elemento de almacenamiento hay aproximadamente 300 moléculas de rotaxano biestables. Estas moléculas se pueden cambiar entre dos estados diferentes, y cada unión de una barra transversal se puede direccionar individualmente controlando los voltajes aplicados a los alambres transversales superior e inferior apropiados, formando un poco en cada cruce de nanocables.

La memoria molecular de 160 kilobits se fabricó con una densidad de 100.000.000.000 (1011) bits por centímetro cuadrado, «una densidad esperada para los dispositivos de memoria comerciales en 2020», dijo Stoddart.

Un rotaxano es una molécula en la que un componente en forma de mancuerna, que consiste en una sección de varilla y termina en dos tapones, está rodeado por un anillo. Tiene el potencial de ser un ábaco molecular. Los rotaxanos biestables se comportan como interruptores al incorporar dos sitios de reconocimiento diferentes para el anillo, y el anillo está ubicado preferentemente en uno de los dos, dijo Stoddart, líder del equipo de UCLA. La molécula puede actuar como un interruptor siempre que se pueda inducir al anillo a moverse de un sitio a otro y luego permanecer allí durante muchos minutos. Las moléculas de rotaxano biestables utilizadas en la memoria de la barra transversal se pueden cambiar a voltajes muy bajos de un estado «apagado» (baja conductividad) a un estado «encendido» (alta conductividad). Las tapas para las moléculas de rotaxano están diseñadas para permitir que las moléculas se organicen en capas de una sola molécula, después de lo cual se incorporan al dispositivo de memoria, dijo Stoddart.

«Fraser Stoddart es el ‘Maestro de las Moléculas'», dijo Patricia O’Brien, decana ejecutiva de la Facultad de Letras y Ciencias de UCLA. «Esta es una investigación muy significativa».

«Para hacer realidad este sueño comercial, primero deben resolverse muchos desafíos fundamentales de la nanofabricación», dijo Stoddart. “El uso de moléculas biestables como unidad de almacenamiento de información promete escalabilidad en esta densidad y más allá. Sin embargo, quedan muchas preguntas sobre cómo funcionarán estos dispositivos de memoria durante un período de tiempo prolongado. Esta investigación es un primer paso para responder a algunas de estas preguntas.

«El uso de componentes moleculares para la memoria o la computación o para reemplazar otros componentes electrónicos es muy prometedor», dijo Stoddart. «Esta investigación es el mejor ejemplo, de hecho uno de los únicos ejemplos, de cómo construir una gran memoria molecular en un chip a una densidad extremadamente alta, probarla y trabajar en una arquitectura que es práctica, donde es obvio cómo se puede escribir y escribir información. leer.

“Hemos demostrado que si un cable está roto o desalineado, los bits no afectados aún funcionan de manera efectiva; por lo tanto, esta arquitectura es un excelente ejemplo de «tolerancia a defectos», un tema fundamental tanto en la nanociencia como en la resolución de problemas de la industria de los semiconductores. Esta investigación es la culminación de un sueño de larga data de que estas moléculas de rotaxano biestables podrían usarse para el almacenamiento de información «, dijo Stoddart, cuyas áreas de especialización incluyen nanoelectrónica, moléculas entrelazadas mecánicamente, máquinas moleculares y nanotecnología molecular. procesos de autoensamblaje y reconocimiento de moléculas, entre muchos otros campos de la química.

“Nuestro objetivo aquí no era demostrar una tecnología robusta; el circuito de la memoria del que hablamos ciertamente no es eso «, dijo James R. Heath, profesor de química Elizabeth W. Gilloon en Caltech y co-

Los químicos e ingenieros químicos de Caltech, dirigidos por Heath, son los líderes mundiales en la fabricación de nanocables, según Stoddart. «Nadie puede igualarlos en términos de la precisión con la que llevan a cabo esta investigación», dijo. Los nanocables superior e inferior del dispositivo de memoria, cada uno de 16 nanómetros de ancho, se fabricaron utilizando un método desarrollado por el grupo de Heath.

El equipo de investigación de Stoddart es ampliamente considerado como el líder mundial en la fabricación de interruptores moleculares, un área en la que Stoddart y sus colegas han llevado a cabo 25 años de investigación que han sentado las bases de este trabajo actual. El grupo de Stoddart diseña y fabrica moléculas complejas entrelazadas en las que los movimientos relativos de los componentes entrelazados pueden conmutarse de forma controlada.

Stoddart y Heath son pioneros en electrónica molecular, utilizando moléculas a nanoescala como componentes clave en computadoras y otros dispositivos electrónicos. Stoddart explota el autoensamblaje molecular de maneras sofisticadas, diseñando moléculas que se pueden fabricar con «métodos de modelado» y que se orientan de tal manera que se pueden incorporar en dispositivos de estado sólido de manera predecible.

Se ha demostrado una variedad de componentes electrónicos moleculares, dijo Stoddart, gerente

«Sin embargo, ya se ha demostrado que pocos de estos componentes funcionan en arreglos de dispositivos prácticos de alta densidad», dijo Stoddart.

«Una de las características más interesantes de esta investigación es que va más allá de probar componentes electrónicos moleculares en formatos de dispositivos individuales no escalables y demuestra una amplia gama integrada de dispositivos moleculares funcionales», dijo William R. Dichtel, un investigador que es miembro de los grupos de investigación Stoddart y Heath. «Al apuntar a una gran variedad de memoria, se tuvieron que abordar muchos problemas fundamentales sobre cómo se almacena y recupera la información».

Si bien esta investigación podría influir en gran medida en la industria de las computadoras, también podría tener un impacto significativo en usos muy diferentes de la tecnología de la información, dijeron Heath y Stoddart, cuya investigación está financiada principalmente por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, la central investigación y desarrollo. organización para el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, con fondos adicionales de la National Science Foundation.

«Los interruptores moleculares conducirán a otras nuevas tecnologías además de las computadoras electrónicas moleculares». Dijo Stoddart. “Es demasiado pronto para decir con precisión quién se beneficiará primero, pero podría incluir sectores como la salud, las energías alternativas y la seguridad nacional.

«En 1959, el físico Richard Feynman dijo que algún día sería posible memorizar toda la Enciclopedia Británica con la punta de una aguja», señaló Stoddart. «No hemos llegado todavía, pero no estamos lejos».

CNSI, una empresa conjunta entre UCLA y la Universidad de California, Santa Bárbara, está explorando el poder y el potencial de organizar y manipular la materia para diseñar «sistemas y dispositivos nuevos, integrados y emergentes, comenzando por el nanoescala, que ayudará y fomentará la tecnología de la información, la producción, el almacenamiento y ahorro de energía, el bienestar y el diagnóstico ambiental, la prevención y el tratamiento de enfermedades crónicas y degenerativas con un impacto que amplía enormemente la nuestra comprensión de la vida hasta la fecha ”, dijo Stoddart.

La investigación relacionada con los nanosistemas se realiza en una escala dimensional que va desde 1 nanómetro (aproximadamente una mil millonésima parte de un metro) hasta unos pocos cientos de nanómetros. La molécula de ADN tiene 2 nanómetros de ancho, unas 1.000 veces más pequeña que un glóbulo rojo y 10.000 veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano.

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Cuando Stoddart fue nombrado director del CNSI en 2003, también asumió la cátedra Fred Kavli de Ciencias de Nanosistemas. Anteriormente, Stoddart ocupó la Cátedra Saul Winstein de Química Orgánica de UCLA, sucediendo a Donald J. Cram, Premio Nobel de Química de 1987. La Cátedra Winstein se mantendrá en espera mientras Stoddart sea director del CNSI. Para obtener más información sobre la investigación de Stoddart, consulte http://stoddart.chem.ucla.edu.

Información sobre la Fundación Kavli

Dedicada al avance de la ciencia en beneficio de la humanidad, la Fundación Kavli apoya la investigación científica, honra los logros científicos y promueve la comprensión pública de los científicos y su trabajo. La fundación se centra en la ciencia de las dimensiones físicas más grandes y más pequeñas, así como en la ciencia del cerebro humano. Su misión se implementa a través de un programa internacional de institutos de investigación, premios, cátedras y simposios en los campos de la astrofísica, la nanociencia y la neurociencia.

Acerca del Instituto de Nanosistemas de California (CNSI)

Establecido en diciembre de 2000 por el estado de California como uno de los cuatro Institutos de Ciencia e Innovación de la Universidad de California, el CNSI forja asociaciones con la industria privada como un medio para acelerar los avances tecnológicos para la gente de California y la sociedad en general. El instituto representa una colaboración interdisciplinaria entre UCLA y la facultad de ciencias físicas y de la vida, ingeniería y medicina de UC Santa Bárbara. En 2007, el CNSI de UCLA se trasladará a una nueva instalación de 180,000 pies cuadrados que albergará un teatro de 260 asientos, laboratorios húmedos y secos, salas de conferencias y aulas completamente equipadas, y tres pisos de instalaciones importantes que incluyen microscopios electrónicos, fuerza atómica microscopios, difractómetros de rayos X, microscopios ópticos y espectroscopias de alto rendimiento y robótica. Además, UCLA está financiando a 15 miembros de la facultad del CNSI contratados conjuntamente para garantizar que el instituto posea las habilidades necesarias para lograr un rápido progreso en el campo de la nanociencia y la nanotecnología en medio de una feroz competencia internacional. Para obtener más información sobre el CNSI, visite http://www.cnsi.ucla.edu.

Sobre UCLA

UCLA, la universidad más grande de California, inscribe aproximadamente a 38,000 estudiantes anualmente y ofrece títulos de la Facultad de Letras y Ciencias de UCLA y 11 escuelas vocacionales en docenas de disciplinas diferentes. UCLA se ubica constantemente entre las cinco mejores universidades y facultades a nivel nacional por el gasto total en I + D, y recibe más de $ 820 millones anuales en subvenciones y contratos federales y estatales otorgados de manera competitiva. Por cada $ 1 que los contribuyentes estatales invierten en UCLA, la universidad genera casi $ 9 en actividad económica, con un impacto económico anual de $ 6 mil millones en la región del Gran Los Ángeles. La red de salud de la universidad trata a 450.000 pacientes al año. UCLA emplea a más de 27,000 profesores y personal, tiene más de 350,000 ex alumnos vivos y ha sido el hogar de cinco ganadores del Premio Nobel.

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Fuente: UCLA

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