Siliciul

Siliciul, cu simbolul Si, este un element semimetalic, al doilea ca raspandire pe Pamant, dupa oxigen. Numarul atomic al siliciului este 14. Siliciul se situeaza in grupa a IV-a a tabelului periodic al elementelor. A fost izolat pentru prima oara din compusii sai in 1823 de catre chimistul suedez Baron Jons Jakob Berzelius.

Proprietati

Siliciul apare sub forma unui praf maro sau sub forma de cristale gri-negre. Se obtine prin incalzirea dioxidului de siliciu (SiO₂) cu un agent reducator, precum carbonul sau magneziu, intr-un furnal electric. Siliciul cristalin are duritatea 7, comparata cu cea de la 5 la 7 pentru sticla. Siliciul se topeste la aproximativ 1410⁰ C (aproape 2570⁰ F), fierbe la 2355⁰ C (4271⁰ F), si are o greutate specifica de 2.33. Masa atomica a siliciului este de 28.086.

Siliciul nu e atacat de acizii nitric, clorhidric, sau sulfuric, dar se dizolva in acidul fluorhidric, formand pentafosfat de siliciu (SiF₄). Se dizolva in hidroxid de sodiu, formand silicat de sodiu si hidrogen gaz. La temperatura normala siliciul nu reactioneaza cu aerul, dar la temperaturi mari reactioneaza cu oxigenul, formand la suprafata sa un strat de dioxid de siliciu care nu reactioneaza mai departe.

Siliciul constituie aproximativ 28% din scoarta pamantului. Nu se gaseste sub forma pura, elementara, ci se gaseste sub forma de dioxid de sodiu si sub forma de silicati complecsi. Mineralele care au la baza siliciul constituie aproape 40% dintre toate mineralele comune.

Folosinte

Siliciul este folosit in industria otelului. In fabricarea otelului, otelul topit este dezoxidat prin adaugarea treptata a siliciului; otelul normal contine mai putin de 0.03% siliciu. Otelul de siliciu, care contine intre 2.5% si 4% siliciu, e folosit la fabricarea transformatoarelor electrice.

Siliciul este un semiconductor, in care rezistivitatea la parcurgerea curentului electric la temperatura camerei este la limita dintre cea a metalelor si cea a dielectricilor. Conductibilitatea siliciului poate fi controlata prin adaugarea unor mici cantitati de impuritati, numite dopanti. Posibilitatea de a controla proprietatile electrice ale siliciului si abundenta sa in natura au facut posibila dezvoltarea si exploatarea pe larg a tranzistorilor si a circuitelor integrate folosite in industria electronica.

Siliciul la pensie

Cipurile bazate pe siliciu nu pot deveni mai mici si mai performante decat acum. Limitele fizice si tehnice vor fi atinse pana in 2005: atunci, straturile de siliciu vor avea o grosime (daca i se poate spune asa) de 1 nanometru, pierzand in acest fel si din conductibilitate.

Viitorul apartine altor semiconductori precum germaniul, metalelor pretioase precum aurul, dar si sticlei si diamantului.

Pana acum cipurile erau fabricate numai din siliciu.

Echipa de chimisti din Essen, condusa de Gunter Schmid, a reusit sa dovedeasca faptul ca aurul devine semiconductor la o dimensiune de ordinul nanometrilor.

In mod normal, aurul este un bun conductor. Insa, cu cat este mai mica densitatea de atomi de aur, cu atat mai mult acestia se vor comporta ca memorii electrice, care preiau electroni si ii stocheaza pana cand ii extrage o noua tensiune electrica. Tranzistorul ideal este format din asa-numitele clustere de aur, din 55 de atomi de aur, unde este suficient un singur atom pentru un proces. Cipurile de siliciu trebuie sa puna in miscare 100.000 de electroni in acest scop.

"Daca ne imaginam circuitul de aur de dimensiunea unui timbru", compara Schmid, "atunci cipul de siliciu ar trebui sa fie cat un teren de fotbal". Cipurile de aur sunt mai mici, mai rapide si mai precise.

Schmid doreste sa construiasca in cativa ani aceste clustere de aur in structura 3D. Scopul declarat al cercetarilor sale: "In acest fel, cipul s-ar apropia de retelele neuronale si ar dezvolta o inteligenta proprie, ar putea atunci sa se repare si sa se dezvolte singur".

Alte alternative

Calculatorul cuantic este numai una dintre nenumaratele incercari de a gasi o alternativa la computerele din ziua de azi. Sfarsitul miniaturizarii placutelor de siliciu este aproape. Caile conductoare vor ajunge in jurul anului 2005 la dimensiunea atomilor.

In afara de calculatorul cuantic, ar mai candida pulberea inteligenta, biocipurile si polimerii.

Calculatoarele obisnuite lucreaza cu biti clasici, unde fiecare bit are o anumita stare.

Exprimat matematic, acest lucru inseamna: n biti reprezinta una din doua, la puterea n valori. Alta este situatia calculatorului cuantic: un registru din n Q-bits poate reprezenta simultan 2 la puterea n valori.

In acest mod se depaseste cu mult puterea de calcul a tuturor calculatoarelor active din lume. "Daca principiul functioneaza, ar putea fi construita o masina care sa depaseasca puterea de calcul a tuturor calculatoarelor din lume la un loc", afirma profesorul Herberth Walther, de la Institutul Max-Planck pentru optica cuantica (MPQ) din Garchinger, la nord de Munchen.

Toti cunoscatorii in materie se mira de imensul potential de calcul al calculatorului cuantic, acesta realizand miliarde de calcule dintr-un singur pas. Astfel, solutioneaza in cateva minute sarcini pentru care calculatoarele clasice de inalta performanta ar avea nevoie de cateva zeci de mii de ani.

Oxygen este numele proiectului de la MIT (Massachusetts Institute of Technology). Ca si oxigenul, microcalculatoarele vor fi prezente peste tot pe Pamant, pentru a concepe date si pentru a comunica unele cu celelalte. Minicomputerele de marimea unui fir de praf sunt in permanenta in functiune, tot timpul pregatite ca la un impuls sa intre in actiune. Michael Dertouzos, conducatorul proiectului, considera Oxygen ca urmasul Internetului. Exemplul sau demonstrativ pentru o aplicatie Oxygen este asa-numitul Handy 21, un telefon mobil care apeleaza la inteligenta miliardelor de microcalculatoare raspandite. Daca o persoana se afla la o conferinta la Paris si are o intrebare pentru un coleg din America, Oxygen determina prin intermediul calculatoarelor minuscule din birou si din locuinta ca acesta nu este prezent aici si ca participa la o alta intalnire intr-un alt oras. Toate acestea se intampla cu o viteza uimitoare si la fel de repede verifica Oxygen prin inteligenta dispersata intreaga incapere de sedinte, daca este cumva oportun vreun apel - pentru ca tocmai se serveste o cafea, de exemplu. Abia apoi realizeaza Handy 21 legatura. Conexiunile retelei Oxygen nu vor mai avea nimic de-a face cu cablarea obisnuita. Aici nu se va mai masura in kilometrii de fibra optica, ba mai mult, eficienta urmasului Internetului va fi masurata in functie de cantitatea de date pe metru cub de aer.

Pulberea inteligenta sau Smart Dust este deja in stadiu de testare.

In faza finala se va imprastia in nori, deasupra omenirii. Sub numele de Omninet, inteligenta artificiala se va asterne ca o ceata asupra civilizatiei; dispersata ea isi va oferi serviciile peste tot.

Profesorul Randy Katz de la universitatea din Berkeley isi imagineaza ca microcalculatoarele se vor organiza singure, asemenea termitelor, dezvoltand la un moment dat chiar si o constiinta a comunitatii.

Spre deosebire de procesoarele obisnuite cu un nucleu fix, set de instructiuni stabil si memorie de lucru separata, calculatoarele de "praf" lucreaza cu unitati de calcul reconfigurabile. Datorita omniprezentei in intreaga emisfera, pulberea poate alcatui o infrastructura invizibila de comunicatie, prin intermediul careia s-ar putea derula orice transfer de date. Procesoarele minuscule nu au nevoie nici de software si nici de comenzi din afara. Dupa consideratiile lui Katz, o utopie ar putea prinde viata, parand a fi desprinsa dintr-un roman venit din viitor: sistemele executa independent sarcinile, fara ca vreun om sa fie informat, nemaivorbind de vreo interventie a acestuia.

Mai multe detalii in:

- Encarta Encyclopedia, Silicon.

- CHIP nr. 4 / 2001, pg. 28.

CHIP nr. 6 / 2001, pg. 30.