Moleculen vormen tienduizenden bits op geheugenchip

Een computergeheugen met honderd miljard bits per vierkante centimeter zou volgens de gezaghebbende Semiconductor Industry Association in 2020 bereikt moeten zijn. Deze week laten Amerikaanse onderzoekers zien hoe zo’n geheugen gemaakt kan worden. Hun moleculaire geheugen past op een wit bloedlichaampje en kan in principe zo’n 160.000 enen en nullen bevatten. Weliswaar is een deel daarvan niet te gebruiken, maar daar kan eenvoudig omheen gerekend worden. Het is daarmee het eerste voorbeeld van een forse elektronische schakeling op basis van moleculen (Nature, 25 januari).

De belangrijkste maat die de vooruitgang op chipgebied beschrijft, is de afstand tussen twee draadjes in een RAM-geheugen. Op de meest moderne chips bedraagt die afstand zo’n 140 nanometer (miljardste meter). Het ligt dus sowieso voor de hand om uiterst dunne, zogeheten nanodraadjes te gebruiken. Om daar een geheugen mee te bouwen zijn echter ook moleculen nodig die onder invloed van een elektrische spanning of van invallend licht een verandering ondergaan. In de afgelopen jaren zijn hiervan talloze voorbeelden de revue gepasseerd: zo is het mogelijk om moleculen tijdelijk een extra lading te geven, van gedaante te veranderen of deels te laten omklappen of verschuiven. Hoe vernuftig degelijke ‘moleculaire’ geheugens ook mogen zijn, veel meer dan enkele tientallen bits kon je er niet in opslaan.

Met een capaciteit van 160.000 bits is het RAM geheugen dat Jonathan Green samen met collega’s van CalTech in Pasadena en de universiteit van California in Los Angeles nu presenteert dan ook een enorme stap vooruit. Zij kruisten nanodraadjes van silicium en titanium en legden daar een laag tussen van precies één enkel molecuul dik (rotoxaan). Door op een kruispunt van twee nanodraadjes een elektrische spanning uit te oefenen, verschuift er in de onderliggende moleculen een ringetje van boven naar beneden, waardoor de laag op die plek een elektrische stroom beter of juist minder goed geleidt. De onderzoekers laten zien hoe op deze manier informatie kan worden weggeschreven en weer uitgelezen. Het geheugen is nog wel voor verbetering vatbaar: niet alle bits bleken actief, en eenmaal opgeslagen informatie lekte binnen een paar uur weg. Het is echter heel simpel om de niet-functionerende bits op te sporen en ze vervolgens te negeren. Veel belangrijker is dat is aangetoond dat de integratie van dit soort moleculaire componenten tot een werkende geheugenchip geen onmogelijke opgave blijkt te zijn.

Rob van den Berg

    • Rob van den Berg