De computer van nanobuisjes werkt, maar nog erg traag

Micro-opname van deel van de eerste nanobuiscomputer. Foto Butch Colyear

De computer die een groep fysici van de universiteit van Stanford deze week presenteert, kan niet erg veel. Hij werkt niet met bytes die uit 32 of 64 bits bestaan, maar schuift met informatie uit enkele bits. En hij kent slechts één eenvoudige handeling (‘subtract and branch if negative’). Langzaam is hij dus, en zijn geheugen is beperkt. Hooguit kan hij concurreren met computers uit 1955, de oertijd van de automatisering. Maar één ding maakt alles goed: hij is gemaakt van koolstof nanobuisjes. Daarmee wordt een oude belofte ingelost (Nature, 26 september).

Al sinds hun ontdekking in 1991 gelden koolstof nanobuisjes als kandidaat-materiaal voor chips van de toekomst. Tot dusver is het aantal transistoren (de basiselementen) op een chip elke twee jaar verdubbeld. Dat is precies zoals de Wet van Moore voorspelt, en de rekensnelheid en geheugencapaciteit namen evenredig snel toe. Maar aan die groei zit een natuurlijke grens: je kunt transistoren nooit kleiner maken dan enkele atomen in diameter. Sterker, zo klein kun je ze al niet meer etsen in silicium, de grondstof voor de huidige chips. Met koolstof nanobuisjes kan je die benedengrens vrij dicht naderen.

De minuscule koolstof cilindertjes bestaan uit opgerold koolstof kippengaas (ofwel: grafeen), en ze kunnen zo strak opgerold worden dat hun diameter slechts enkele nanometers is. Mede omdat de buisjes goed elektrisch geleiden, zou je er razendsnelle, energiezuinige transistoren van kunnen bouwen.

Toch bleek de praktijk weerbarstig, juist vanwege die elektrische geleiding. Die hangt af van de wijze waarop de buisjes zijn opgerold: schuin vanaf een hoekpunt of rechttoe-rechtaan vanaf een rechte zijde bijvoorbeeld. Het bepaalt of het buisje geleidt als een halfgeleider, zoals silicium, of als een metaal – ongewenst op een chip. En bij de productie van nanobuisjes is er altijd vervuiling met die ongewenste, metallische buisjes.

Het team in Stanford loste dat op door een chip te maken die bezaaid was met netjes in dezelfde richting liggende nanobuisjes, en daarna met sluwe technieken alle metallische buisjes uit te schakelen. Door elektrische verbindingen aan te leggen tussen de resterende buisjes bouwden ze transistoren en logische schakelingen. In principe kun je zo een koolstofcomputer bouwen die elke berekening aan kan.