在快速萎缩的电子领域，微型已经过时。如今最小的晶体管——信息处理的基本组成部分——约为人类头发宽度的千分之一，并以每秒数十亿次循环（或千兆赫）的速度运行。这对于听CD或玩《模拟人生》来说已经足够了。但对于下一代设备来说，它们太大且速度远远不够。
提高电荷工作速度最可靠的方法是缩短它们必须移动的距离。这就是技术上的难题。许多专家预测，到本十年末，目前制造微电路的方法——通过高频光照射模板来将连接蚀刻到半导体芯片上——将达到其物理极限，单个元件的尺寸将缩小到目前最好水平的五分之一左右。
在这些尺寸下，麻烦的量子行为开始出现。电荷会穿透绝缘层并隧穿到相邻的线路中。热量成为一个巨大的问题。不出所料，许多专家认为现在是时候完全放弃晶体管并继续前进。
去哪里？想法很多。其中一个最近由惠普团队开发，是一种由只有几十个原子直径的铂和钛线制成的“交叉闩锁”电路。它们像网球拍的弦一样相互交叉。其他团队正在研究使用单个有机分子，连接在两个电极之间，作为晶体管。但对于那些正在努力研究他们认为是超小型“下一件大事”的科学家来说，整个分子仍然太大：自旋电子学。
传统的晶体管，尽管它们很小，但通过控制大量电荷在不同“掺杂”的硅部分中的整体运动来工作。硅晶体通过添加微量的其他元素进行掺杂，这些元素要么比硅的四个自由电子更多（产生电子过剩并使结果呈负性，即n型），要么自由电子更少（产生净电子赤字，因此呈正性，即p型）。电荷在一种类型的两个区域之间通过另一种类型的“门”传输。门通过施加电压打开或关闭。这是一种宏伟的技术。但它在原理上与爱迪生的灯泡没有根本区别——它通过移动大量电荷来实现其效果。
然而，电荷并不是电子唯一的才能。每个电子还具有一种奇怪的特性，称为自旋：它表现得像一个微小的旋转球体，其磁场与自旋轴对齐。每个电子要么是“自旋向上”要么是“自旋向下”，这种特性可以用磁场逆转。由于二进制计算只识别两种状态——0或1，开或关——这两种自旋可以以类似的方式使用。这样做有几个优点。首先，几乎不需要能量来“翻转”电子的自旋。翻转所需的时间远少于让一群电子朝目标移动所需的时间。
而且它有效。近年来，电子研究人员在操纵电子自旋的能力方面取得了长足进步。在过去的两年里，加州大学圣巴巴拉分校的戴维·奥施瓦洛姆和他的同事们已经展示了新的超快方法，利用电场在半导体中生成、传输和操纵自旋，速度高达100 GHz。这可能会使这项技术对芯片制造商更具吸引力，他们已经投入了数十亿美元的工厂来在硅上构建电气连接。
更令人着迷的是，可能无需电流或磁场即可分离自旋。奥施瓦洛姆的团队最近发现了一种35年前预测的效应，称为自旋霍尔效应：通过在半导体中引入某些化学缺陷，可以诱导具有相反自旋的电子向相反方向移动并排列在芯片的两侧。
自旋电子学研究正在迅速发展，奥施瓦洛姆说，包括分子自旋电子学这个引人入胜的新领域。研究人员希望使用具有可控特性的分子来取代许多应用中的晶体管。因为即使一个相当笨重的分子也比当今最小的晶体管小数百倍，这是一个很有吸引力的想法。
奥施瓦洛姆的团队正在研究如何将分子转化为“自旋通道”，就像金属线充当电荷通道一样。“通过用光扭曲和控制分子键，”奥施瓦洛姆说，“可以在电子穿过化学结构时对其自旋进行操作。”
无论结果如何，有一点是清楚的：自旋控制不再仅仅是华盛顿现象。
40年前，戈登·摩尔在《电子学》杂志上发表了一篇题为“在集成电路上塞入更多元件”的文章。他当时预测的趋势——单芯片上的晶体管数量每18个月翻一番，后来修改为两年——被证明惊人地准确。摩尔后来成为芯片巨头英特尔的联合创始人，现年76岁，是其董事会名誉主席。
摩尔定律
进展如何？
摩尔： 它还有很长的路要走。我从未能预见到三代以上的技术。一代，我们通常指的是我们将（单个芯片组件的）尺寸缩小0.7倍的时候。这以前每三年发生一次。最近，它接近每两年发生一次。所以进化的速度实际上已经加快了，就像宇宙的膨胀一样。以此为基础，按照目前的速度，还有三到四代要发展——至少再有十年左右。
但是，随着尺寸的缩小，传统的硅晶体管不是注定会因制造问题而消亡吗？
摩尔： 我不这么认为。我看不到任何可能取代硅集成电路的东西。我会说趋势正在走向另一个方向：围绕集成电路发展的（硅光刻）技术现在正在其他几个领域得到采用，比如微机电系统、微流体设备、芯片上的化学实验室等等。至于光刻的极限，这个极限一直在被推开。我们现在正在讨论使用极紫外光（作为光刻束），这将给我们一个13纳米宽的光源，比我们现在使用的光束小10倍以上。最终，必须有一个极限。我们现在处理的只是两到三个分子层。热量是一个问题，但我们已经找到了解决它的方法。
十年后我们的台式机上会有什么？
摩尔： 它肯定会是某种计算机，但它将拥有巨大的处理能力，并希望有软件来利用这一点。如果它能接近一万亿次浮点运算（每秒一万亿次数学运算，比2005年高性能PC快约1000倍），我不会感到惊讶。微电子技术对电子产品成本的影响使得手机等小工具成为可能，而且还有很多时间可以改进。您将看到一个巨大好处的地方是家庭娱乐系统。它们将变得更加集成，价格也会大幅下降。
无线技术呢？
摩尔： 欠发达国家将受益巨大；那将是真正蓬勃发展的领域。在这个国家，主要问题是如何分配频谱。
高速网络连接改变了你的个人生活吗？
摩尔： 嗯，我家没有宽带。我用的是DSL线路。
