Các kỹ sư người Mỹ đã thiết kế được chiếc máy tính đầu tiên làm hoàn toàn từ "ống nano" carbon siêu nhỏ - một bước tiến lớn nhằm đáp ứng nhu cầu về các loại thiết bị điện tử nhanh hơn và nhỏ hơn.

Mặc dù chỉ thực hiện được các chức năng cơ bản ở tốc độ của một chiếc máy tính những năm 1950, nhưng chiếc máy này vẫn được coi là một bước đột phá trong việc tìm kiếm giải pháp thay thế cho các bóng bán dẫn bằng silicon có nhiệm vụ kiểm soát nguồn điện cấp cho các vi mạch của máy tính.

Kết quả công trình mới này đã công bố trên tạp chí Nature số ra ngày 25/9.

Ống nano carbon (CNTs) là loại ống đơn lớp, dạng cuộn được cấu thành từ các nguyên tử carbon - 10 vạn ống này mới có độ dày bằng một ngọn tóc của con người. Chúng có thể uốn cong và có tỷ lệ độ bền/trọng lượng cao nhất trong tất cả các loại vật liệu từng được biết tới.

Silicon là một chất bán dẫn tốt nhưng không thể đạt được độ mỏng như vậy. Cấu trúc của CNTs cho phép chúng dẫn điện tốt hơn - và do đó, tạo ra những bóng bán dẫn hoạt động nhanh, có hiệu quả năng lượng cao và nhỏ hơn silicon. Tuy nhiên, việc tạo ra các con chíp bằng ống nano trên thực tế không hề dễ dàng.

Theo giáo sư Subhasish Mitra thuộc trường Đại học Standford, người chủ trì nghiên cứu, mặc dù nhiều người đã nói về một kỷ nguyên mới của các thiết bị điện tử bằng ống nano carbon thay thế cho silicon, nhưng cho tới nay mới có rất ít các hệ thống kỹ thuật số hoàn chỉnh sử dụng công nghệ thú vị này được tạo ra. Kết quả nghiên cứu của ông sẽ là bằng chứng mới nhất.

Chiếc máy tính được thiết kế trong phòng thí nghiệm của Khoa Kỹ thuật công trình thuộc Đại học Stanford chỉ có kích cỡ vài milimet vuông, có thể thực hiện các phép tính cơ bản và có khả năng phân loại số.

Nó sử dụng 178 bóng bán dẫn, mỗi cái chứa 10 đến 200 ống nano. Tốc độ của máy chỉ là 1 kilohert, nhỏ hơn hàng triệu lần so với các loại máy tính hiện nay.

Giới hạn 178 bóng bán dẫn của chiếc máy là do nhóm thiết kế đã sử dụng một cơ sở chế tạo mạch điện tử của trường đại học chứ không phải theo dây chuyền công nghiệp, do đó trên lý thuyết hoàn toàn có thể làm ra chiếc máy to và nhanh hơn nhiều.

Chiếc máy cũng chạy hệ điều hành cơ bản, cho phép thực hiện đa tác vụ và chuyển đổi giữa hai quá trình thao tác.

Giáo sư Mitra và nhóm cộng sự đã phải xử lý những hạn chế vốn có của bóng bán dẫn CNTs, đó là: các ống không phải luôn xếp theo đúng một đường thẳng, nghĩa là nếu một ống đặt sai vị trí có thể gây ra thiếu pha, trong khi đó các ống khác bị thay đổi hình dạng và có thể không bật nguồn lên hoặc tắt đi được.

Nhóm thiết kế đã tìm ra một phương pháp để đốt cháy và tiêu hủy CNTs không kiểm soát được trong một bóng bán dẫn, đồng thời thay thế những ống đặt sai vị trí.

Giám đốc khoa học vật lý của Trung tâm nghiên cứu Thomas J Watson thuộc hãng phần mềm khổng lồ IBM Supratik Guha cho rằng việc đưa ống nano carbon từ phòng thí nghiệm vào môi trường thực tế còn phải trải qua những bước cần thiết ban đầu.

Trong khi đó, theo nhà nghiên cứu Franz Kreupl thuộc Khoa Hệ thống điện tử lai của Đại học công nghệ Munchen (Đức), chiếc máy tính trên cho thấy bước tiến đáng kể trong khoa học thiết kế máy tính, tuy nhiên các bóng bán dẫn cần phải nhỏ hơn độ dày 8 micromet hiện nay (một phần triệu của một mét) để kỹ thuật này có thể khả thi và để bộ xử lý hoạt động nhanh hơn./.