当我们阅读科幻小说或观看类似类型的电影时，我们经常会遇到未来的计算机。 这些作品的作者赋予他们的虚构计算机以各种属性，从难以想象的计算能力到人类素质。 它值得像一个完全的人类疾病那样的偏执狂，它使亚瑟·克拉克（Arthur Clark）的“太空漫游”系列作品“遭受”了HAL 9000的折磨。 但是，今天，我们将不再关注未来机器的心理或计算能力，而是关注它们的物理结构。 如果将来的计算机不再与硅绑定，但可以用作液体怎么办？ 这正是这项研究的主要问题，我们今天将要了解。 走吧
物质基础
无论这句话听起来多么疯狂，“液体”计算机在科学界都不是一个新主意。 几十年来，研究一直在进行，以一种或另一种方式尝试实施这种未来技术。 NIST（美国国家标准技术研究所）的科学家也不例外。 他们的研究表明，通过控制捕获漂浮在盐水中的
石墨烯中的离子，可以在液体介质中执行计算逻辑运算。
石墨烯*是连接到六边形（蜂窝）二维晶格的碳原子薄膜（1原子厚）。
在实验过程中，注意到石墨烯膜具有硅基半导体的特性，也就是说，它可以用作晶体管。 要控制胶片，必须更改电压。 这个过程非常类似于生物系统中盐浓度变化时发生的情况。
石墨烯薄膜：29 x 29厘米，厚度-35微米。 顺便说一句，它的成本约为65美元当然，焦点是石墨烯薄膜，其尺寸在6.4 nm下不超过5.5。 该膜的结构就像是一个未完成的难题，因为在它的中间有一个或多个“孔”（孔），更确切地说，是被氧原子包围的空位。 这是离子陷阱。 从化学观点来看，这种原子化合物类似于冠醚，其中冠醚由于其与金属阳离子形成稳定的络合物而闻名。 也就是说，带正电的金属离子会“抓住”它。
氯化钾（KCl）的分子结构实验的第二个重要元素是液体介质，该介质的作用是由水和氯化钾（
KCl ）分解成氯化钾和氯离子。
冠酯捕获钾离子，因为后者带有正电荷。
石墨烯-液体-电压
实验表明，影响最简单逻辑运算性能的主要因素是在石墨烯薄膜上产生的应力。 在低浓度的氯化钾浓度下，显示出电导率与薄膜对离子的占有率之间存在直接关系。 占用率低时，电导率水平高，反之亦然。 在本实验中，直接电测量石墨烯薄膜的电压水平是一定的逻辑操作-读数。
在石墨烯薄膜（灰色）上被氧气（红色）包围的孔中捕获钾离子（紫色）的图形模型现在让我们处理零和一。 如果在膜上一定浓度的氯化钾下电压低（我们将其指定为“ 0”），则膜本身实际上是不导电的。 换句话说，它关闭了。 在这种情况下，孔中完全充满了钾离子。
表示为“ 1”的高电压（超过300 mV）增加了薄膜的导电性，使其处于开启模式。 在这种情况下，并非所有的孔都被钾离子占据。
结果，当输入和输出值取反时，输入/输出比可以视为逻辑非门。 简而言之，0进入和1退出，反之亦然。
如果使用两个石墨烯薄膜，则逻辑运算“或”（XOR）是可能的。 在这种情况下，只有其中一个膜具有高电导率，两个膜的状态差（称为输入值）才等于1。 换句话说，如果两个电影的输入不同，则得到1，如果数据匹配，则得到0。
实验还显示了实现灵敏切换的可能性，因为即使电压略有变化，薄膜的电位电荷也会发生很大变化。 这导致研究人员提出了一种想法，即自定义离子捕获也可以用于存储信息，因为灵敏的晶体管可以在纳米流体设备中执行极其复杂的计算操作。
捕获钾离子的演示视频离子捕获过程并不像看起来那样独立。 可以通过在薄膜表面施加不同的电压来进行调整。
还可能发现离子“卡在”膜的孔中，不仅阻碍了其他离子穿过膜的穿透，而且在膜周围产生了电场。 为了使离子穿过薄膜，电压必须处于极限水平。 捕获离子的电场使电压增加30 mV，从而完全阻止了其他离子的渗透。
逻辑运算符OR（XOR）和NOT如果将小于150 mV的电压施加到薄膜上，离子将不再穿透薄膜。 捕获的离子的电场可防止其他离子将第一个离子从冠醚中推出。 在300 mV的电压下，薄膜开始通过离子。 电压越高，被捕获的离子损失的可能性越大。 由于电场较弱，流离的离子也开始主动推动被捕获的离子。 这些特性使该膜成为转移钾离子的极佳半导体。
结语
基于此技术的可能设备最重要的物理力矩是其物理尺寸（不应超过几个原子）以及存在电导率。 不仅石墨烯可以作为基础，而且其他材料也可以。 作为替代方案，研究人员提供了各种类型的金属二卤化物，因为它们具有拒水性能，并且很容易从中形成多孔结构。
当然，这是未来主义，但并非没有论据。 这些研究不仅为我们提供了理解各种现象，过程或物质的工具，而且还提出了乍看起来似乎是疯狂的和不可能完成的任务，这些任务的实施使我们能够改善周围的世界。
长期以来，我们将不得不等待“液体”计算机，玻璃服务器和烧瓶中的闪存驱动器。 但是，我们已经获得了对我们以及整个世界的未来最重要的东西-知识。
NIST网站上的材料用于撰写本文。
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