سونی هندی‌کم 4K خود را با بزرگنمایی 20 برابر معرفی کرد
کمپانی Ricoh دوربین 360 درجه جدید Theta S را در ایفا معرفی کرد
بررسی اسپیکر Z623 لاجیتک
اینتل تا سال ۲۰۱۹ حافظه‌ SSD با ظرفیت ۱۰۰ ترابایت روانه ...

ممریستور ناپیدا را چگونه یافتیم (قسمت دوم)

ماشین اندیشمند: این تصویر هنری از ممریستور، پشته‌ای از چندین آرایه Crossbar را نشان می‌دهد که ساختار اصلی قطعه آر‌استنلي‌ويليامز است. از آنجا که ممریستورها کارکردی مشابه سیناپس‌ها دارند، جایگزین کردن شماری ترانزیستور در یک مدار با ممریستورها می‌تواند به ساخت مدارهای آنالوگی بیانجامد که می‌توانند همچون مغز آدمی بیاندیشند.

کوچک‌ترين ذره
موضوع اصلي ابعاد و اندازه است. اکنون می‌دانیم که ممریستنس یک ویژگی ذاتی هر مدار الکترونیکی است. موجودیت آن می‌توانست توسط الکساندر کیرشف یا جیمز کلارک ماکسول استنباط شود، اگر هر کدام از آن‌ها در قرن نوزدهم مدارهای غیرخطی را در نظر گرفته‌بود. اما مقیاس‌های اندازه ساخت قطعه‌های الکترونیکی در بیشتر طول دو سده گذشته، مانع مشاهده تجربی این اثر شدند. معلوم شد که اثر ممریستنس از یک قانون مربع معکوس پیروی می‌کند: میزان اثر ممریستنس در مقیاس نانومتر یک میلیون بار مهم‌تر از اثرش در مقیاس میکرومتر است، و در مقیاس میلی‌متر و بزرگ‌تر از آن اساساً مشاهده‌پذیر نیست. همچنان که قطعه‌های کوچک و کوچک‌تری بسازیم، اثر ممریستنس برجسته‌تر و در برخی موارد به اثر چیره تبدیل مي‌شود. این، سبب همه آن نتیجه‌های عجیبی است که پژوهش‌گران شرح داده‌اند. ممریستنس در همه این مدت در این چشم‌انداز هموار پنهان بوده‌است. اما با وجود همه این نشانه‌ها، یافتن ممریستور توسط ما یک کشف نامنتظر شمرده شد.

ممریستور ناپیدا را چگونه یافتیم (قسمت دوم)

شكل 2- معماری Crossbar: ساختار ممریستور که اینجا در یک تصویر میکروسکوپ تونلی روبشی نشان داده‌شده، ساختن حافظه‌های چگال و پایدار کامپیوتر را امکان‌پذير خواهد کرد.


در سال ۱۹۹۵، من در آزمایشگاه‌های اچ‌پي استخدام شدم تا گروه پژوهشی تازه‌ای را راه‌اندازی کنم که دیوید پکارد آن را پیشنهاد داده‌بود. او بر آن بود که شرکت به‌قدر کافی بزرگ شده تا گروهی پژوهشی را به پروژه‌های بلندمدتی اختصاص دهد که از نیازهای فوری واحدهای تجاری در امان باشند. پکارد بینش بزرگ‌منشانه‌ای داشت که اچ‌پي باید «دانش را به چشمه علوم بنیادی که اچ‌پي برای مدتی بسیار طولانی از آن کناره گرفته‌بود، بازگرداند.» در عین حال درک مي‌کرد که پژوهش درازمدت می‌تواند بنیان راهبردي برای فناوری‌ها و اختراع‌هایی باشد که در آینده سود‌رسانی مستقیمی برای اچ‌پي خواهند‌داشت. اچ‌پي یک بودجه و چهار پژوهش‌گر به من داد. اما فراتر از این اظهارنظر که «الکترونیک در مقیاس مولکولی» جالب توجه خواهدبود و این که باید سعی کنیم بعد از حدود ده سال چیز سودمندی داشته‌باشیم، اختیار نامحدودی داشتيم تا هر موضوعی را که می‌خواستیم، پي‌گيري کنيم؛ تصمیم گرفتیم به قانون مور بپردازیم.


در آن زمان حباب دات‌کام هنوز به سرعت در حال برآمدن به سوی انفجار پرطنینش بود و نقشه راه موجود برای صنعت نیمه‌رساناها فراتر از سال ۲۰۱۰ نمی‌رفت. مرز پایین ابعاد ترانزیستورها روی یک مدار مجتمع ۳۵۰ نانومتر بود؛ راه درازی تا رسیدن به نقطه‌ای که اندازه اتم‌ها به یک محدودیت تبدیل شود، در پیش بود. با این حال، فرجام ناگزیر قانون مور آشکار بود.  روزی پژوهش‌گران نیم‌رساناها باید با محدودیت‌های فیزیکی فراروی هبوط بی‌محابایشان به دنیای ریز  مقیاس مواجه شوند، مگر اين‌که دليل ديگري به‌غير از اين‌که يک ترانزيستور نمي‌تواند کوچک‌تر از اتم باشد، مانع آن‌ها شود (امروزه کوچک‌ترین اجزای ترانزیستورها بر مدارهای مجتمع تقریباً ۴۵ نانومتر یا حدود ۲۲۰ اتم سیلیسیُم  پهنا دارند). در آن زمان بود که سراغ فيل‌کوکس رفتيم، کسی که نیروی آفریننده در پس پروژه Teramac (سرنام Tera-operation-per-second  Multi Architecture  Computer) بود. Teramac یک ابرکامپیوتر آزمایشی بود که در آزمایشگاه‌های اچ‌پي و بیشتر از قطعه‌های معیوب ساخته شده‌بود، تنها برای آن که نشان دهند چنین کاری ممکن است. او به ما ایده درست کردن ساختاری را داد که حتی در صورت خراب بودن مطلق شمار قابل توجهی از قطعه‌ها در زمان تحویل گرفتنش، همچنان کار کند. ما نمی‌دانستیم آن قطعه‌ها چه خواهندبود، اما هدفمان ایجاد قطعه‌اي الکترونیکی‌ بود که حتی پس از کوچک شدن قطعه‌ها در حدی که وجود قطعه‌های خراب معمول شود، هم‌چنان به پیشرفت ادامه دهد. مدت‌زمان زيادي صرف کرديم و به این فکر کردیم که این قطعه مرموز نانومتری چه خواهدبود.

"همچنان که قطعه‌های کوچک و کوچک‌تری بسازیم، اثر ممریستنس برجسته‌تر و در برخی موارد به اثر چیره تبدیل مي‌شود."


ما داشتیم چیزی را طراحی می‌کردیم که شاید تا ده یا پانزده سال دیگر هم به درد نمی‌خورد. ممکن بود تا آن زمان قطعه‌ها به مقیاس مولکولی که دیوید پکارد مجسم‌کرده‌بود برسند یا شاید اصلاً خودشان مولکول باشند. برای پیش‌بینی این مسئله هیچ راهی بهتر از همانندسازی Teramac در مقیاس نانو به فکرمان نمی‌رسید. بر آن شدیم که ساده‌ترین انتزاع معماری Teramac، صفحه میله‌های عرضی (Crossbar) خواهدبود، چیزی که از آن پس به خاطر سادگی، سازگاری و خصوصیت افزونگی‌اش، به استاندارد غیررسمی مدارهای مقیاس نانو تبدیل شده‌است.


Crossbar آرایه‌ای از سیم‌های متعامد است. هر جا که دو سیم با هم تقاطع دارند، با یک سویيچ به هم متصل می‌شوند. برای وصل کردن یک سیم افقی به یک سیم عمودی در هر نقطه‌ای از این شبکه، باید سوييچ میان آن‌ها را ببندید (وصل کنید). ایده ما آن بود که این سوييچ‌ها را با اِعمال ولتاژهایی به نوک سیم‌ها، باز و بسته کنیم. به یاد داشته‌باشید که آرایه میله‌های عرضی اساساً یک سیستم ذخیره‌سازی است که در آن یک سوييچ باز نشانگر صفر و هر سوييچ بسته نشانگر یک است. داده‌ها را با کاویدن سوييچ‌ها با یک ولتاژ خفیف می‌خوانید.همچون هر چیز دیگری در مقیاس نانو، سوييچ‌ها و سیم‌های Crossbar ناچارند دست‌کم آزارهای شماری اجزای غیرفعال را تحمل کنند. این اجزا تنها چند اتم پهنا خواهندداشت و قانون دوم ترمودینامیک تضمین می‌کند که نخواهیم‌توانست مکان همه اتم‌ها را به‌طور کامل تعیین کنیم. اما معماری Crossbar امکان دور زدن قسمت‌های خراب مدار را به شما می‌دهد و به این گونه افزونگی درونی ایجاد می‌کند. آرایه‌های Crossbar به خاطر سادگی‌شان نسبت به يک مدار مجتمع مشابه مبتني بر ترانزيستورها تراکم بسيار بيشتري از سوييچ‌ها را دارند.

"ما داشتیم چیزی را طراحی می‌کردیم که شاید تا ده یا پانزده سال دیگر هم به درد نمی‌خورد. ممکن بود تا آن زمان قطعه‌ها به مقیاس مولکولی که دیوید پکارد مجسم‌کرده‌بود برسند یا شاید اصلاً خودشان مولکول باشند."


اما پیاده ساختن چنین سیستم ذخیره‌سازی‌ای آسان‌تر به گفتار می‌آمد تا به عمل. گروه‌های پژوهشی بسیاری روی چنین حافظه متقاطعی کار می‌کردند و از دهه ۱۹۵۰ هم کار کرده‌بودند. حتی پس از چهل سال پژوهش، هیچ محصولی در بازار نداشتند. با این حال باز هم دست از تلاش بر نمی‌داشتند. دلیلش آن است که پتانسیل‌های یک حافظه Crossbar واقعی در مقیاس نانو حیرت‌آورند؛ تصور کنید بتوان تمام کتابخانه کنگره را با خود در یک درایو بندانگشتی حمل کرد.یکی از مانع‌های اصلی بر سر راه پژوهش‌های پیشین روی حافظه Crossbar، نسبت کوچک مقاومت سوييچ‌ها در حالت خاموش به روشن بود (چهل سال پژوهش هرگز چیزی فراتر از یک فاکتور ۲ یا ۳ ایجاد نکرده‌بود). در برابر، نسبت مقاومت حالت خاموش به روشن در ترانزیستورهای مدرن، ۱۰,۰۰۰ به ۱ است. ما برآورد کردیم که برای رسیدن به حافظه‌ای با کارایی بالا، باید سوييچ‌هایی با نسبت مقاومت حداقل ۱۰۰۰ به ۱ بسازیم. به بیان دیگر، هر سوييچ باید نسبت به حالت روشنش در حالت خاموش خود هزار بار در برابر عبور جریان مقاومت‌تر باشد. چه ساز و کاری ممکن بود به قطعه‌ای نانومتری نسبت مقاومتی به اندازه سه مرتبه بزرگی بدهد؟


پاسخ را در حیطه میکروسکوپ تونلی روبشی STM (سرنام  Scaning  Tunneling Microscope) یافتیم؛ عرصه پژوهشی که یک دهه بود پی‌گیرش بودم. میکروسکوپ تونلی با روفتن سوزنی بسیار تیز بر یک سطح و اندازه‌گیری جریان الکتریکی روان میان نوک سوزن و سطح مورد روبش، تصاویری با تفکیک‌پذیری اتمی ایجاد می‌کند. قانون سرانگشتی کلی در STM آن است که نزدیک‌کردن نوک سوزن به اندازه 0,1 نانومتر به یک سطح، اندازه جریان تونلی را یک مرتبه بزرگی افزایش می‌دهد.ما ساز و کار مشابهی لازم داشتیم که با آن بتوانیم فاصله مؤثر میان دو سیم را در Crossbar خود به اندازه 0,3 نانومتر تغییر دهیم. اگر می‌توانستیم این کار را انجام دهیم، نسبت ۱۰۰۰ به ۱ در سوييچ کردن الکتریکی را به دست می‌آوردیم که مورد نیازمان بود.قیدهای ما داشتند بی‌معنی می‌شدند. کجا ماده‌ای بیابیم که بتواند ابعاد فیزیکی خود را این‌چنین تغییر دهد؟ این گونه بود که خود را در قلمرو الکترونیک مولکولی یافتیم.

مقاومت در برابر ممریستنس
ارائه یک عنصر بنیادی تازه در مدار، برای ویلیامز در کنار آوازه جدیدش، کمی رنجش نیز به بار آورد. پس از مقاله نشريه نيچر در ماه می سال ۲۰۰۸، صفحه‌های آنلاین اظهار نظرهای خوانندگان آکنده از اظهار نظرهای بدبینانه شد. در یکی از اظهار نظرهای ملایم‌تر ناباور  به ممریستور، کسی در صفحه ویکی‌پدیای ممریستور در روز ۳۰ آوريل (همان روز اعلام خبر) پرسید: «آیا این یک حقه است؟» هفت ماه پس از آن (در زمان نگارش این مقاله) هم‌چنان بحث ادامه دارد.


استدلال شکاکان این است که ممریستور عنصر بنیادی چهارم در مدار نیست، بلکه نمونه‌ای است از دانش بد. گره استدلال آن‌ها ناشی از دو  سوءتفاهم بنیادی است: نخست آن که آنان فرصت طراحی گسترده‌تری را که از کار کردن با عناصر غیرخطی مدار ناشی می‌شود، در نظر نمی‌گیرند. دومین سوءتفاهم که ژرف‌تر هم هست، به تعریف ریاضی لئون چوا از ممریستور مربوط است.در آغاز بیشتر افراد،  از جمله خود ویلیامز، فرض کردند که چوا ممریستنس را فقط به عنوان رابطه میان بار الکتریکی و شار مغناطیسی تعریف‌کرده‌است. اما تعریف حقیقی ممریستنس کلی‌تر است. پیوند دادن بار الکتریکی و شار مغناطیسی یک راه برآوردن این تعریف است، اما تنها راه نیست. در حقيقت، معلوم شد که می‌توان به کل از برهم‌کنش مغناطیسی برکنار بود.


تعریف کلی ممریستنس چوا دو بخش دارد. معادله نخست می‌گوید، ولتاژ ممریستور چگونه به جریان و یک متغیر حالت (کمیتی که یک خصوصیت فیزیکی قطعه را می‌سنجد، مانند بلندی ستون جیوه در دماسنج) وابسته است. بلندی ستون جیوه با دمای دماسنج به‌هم وابسته است و افزودن یا کاستن گرما این ستون را بلندتر یا کوتاه‌تر می‌کند. در ممریستور ویلیامز این متغیر حالت، ضخامت دی‌اکسید تیتانیوم خالص در سوييچ است؛ افزودن یا کاستن از این ضخامت سبب افزایش یا کاهش مقاومت قطعه مي‌شود.دومین معادله بیان می‌کند که دگرگونی متغیر حالت (ضخامت لایه TiO2) چگونه به مقدار باری که درون قطعه جریان می‌یابد، وابسته است. در ممریستور ویلیامز ضخامت TiO2 وابسته به توزیع جاهای خالی اکسیژن در سراسر ماده است. آنچه نیاز است به یاد بسپارید این است: نخست این‌که برهم‌کنش مغناطیسی برای ممریستنس ضروری نیست.  دوم این که در عنصرهای غیرخطی مدار، ممریستنس همان مقاومت غیرخطی نیست. سوم آن که چون هیچ آمیزه‌ای از قطعه‌های غیرفعال نمی‌تواند ویژگی‌های ممریستور را همانندسازی کند، ممریستنس یک کمیت بنیادی مدار است. خود ویلیامز درباره آوازه ممریستور خوش‌بین است. می‌گوید: «صد سال پس از آن که اینشتین نظریه نسبیتش را پیشنهاد کرد، هنوز کسانی هستند که  عليه آن دلیل می‌آورند.»


يافتن سر نخ
از نظر مفهومی، قطعه ما همچون یک ساندویچ کوچک بود. دو الکترود پلاتینیومی (سیم‌های متقاطع اتصال در Crossbar) در هر انتهای قطعه مانند «نان» عمل می‌کردند. ما سطح سیم پلاتینیومی پایینی را اکسیده کردیم تا لایه بسیار نازکی از دی‌اکسید پلاتینیوم به دست آوریم که رسانش بالایی دارد. سپس لایه نازک بسیار متراکمی تنها به ضخامت یک مولکول از مولکول‌های سوييچ‌کننده‌ای که به طور ویژه برای این منظور طراحی شده‌اند، ایجاد کردیم. روی این «تک‌لایه» لایه‌ای به ضخامت ۲ تا ۳ نانومتر از فلز تیتانیوم نشاندیم که پیوندهای محکمی با مولکول‌ها برقرار می‌کند و هدف این بود که آن‌ها را به هم بچسباند. لایه نهایی، الکترود پلاتینیوم بالایی بود.

"ممریستنس هنگامی در یک نیم‌رسانا رخ می‌دهد که با اعمال کردن ولتاژی به سیستم، الکترون‌ها و ناخالصی‌های باردار واردشده به ماده، همزمان وادار به حرکت شوند."


در حقيقت مولکول‌ها قرار بود خود سوييچ‌ها باشند. شمار بزرگی از این قطعه‌ها را ساختیم و با گونه‌های بسیاری از مولکول‌ها و پیکربندی‌های عجیب و غریب کارکردیم، از جمله با روتاکسین‌ها (Rotaxane)، مولکول‌های سوييچ‌کننده ویژه‌ای که توسط جيمز‌هيث و فريز‌استادرت در دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس طراحی شده‌اند. روتاکسین مانند مهره‌ای روی یک ریسمان است و با استفاده از ولتاژ مناسب، مهره از یک انتهای ریسمان به انتهای دیگرش مي‌لغزد و موجب می‌شود بر حسب جهت حرکتش، مقاومت الکتریکی مولکول بالا یا پایین رود. قطعه‌های هيث و استادرت از الکترودهای سیلیکونی استفاده و کار می‌کردند، اما نه آن قدر خوب که برای کاربردهای فناورانه لازم است: نسبت مقاومت در حالت خاموش به روشن تنها ضریبی از ده بود، سوييچ کردن آن‌ها کند بود و قطعه‌ها متمایل به این بودند که پس از پانزده دقیقه خود را خاموش کنند.


قطعه‌های پلاتینیومی ما نتایجی کاملاً ناامیدکننده به بار آوردند. وقتی یک سوييچ کار می‌کرد، تماشایی بود: نسبت مقاومت حالت خاموش به روشن ما فراتر از ۱۰۰۰ برابر می‌رفت، قطعه سریع‌تر از آن سوييچ می‌کرد که ما حتی بتوانیم [زمان سوييچ کردن را] بسنجیم و هنگامی که سوييچ می‌کرد، مقاومت آن سال‌ها پایا می‌ماند (هنوز تعدادی از قطعه‌های اولیه را داریم و گاه و بی‌گاه آن‌ها را آزمایش می‌کنیم و هرگز تغییر قابل توجهی در مقاومت ندیده‌ایم). اما نتیجه‌های خارق‌العاده ما متناقض بودند. بدتر از آن، هرگز به نظر نمی‌رسید که موفقیت یا شکست یک قطعه به چیزهای یکسانی وابسته باشد.هیچ مدل فیزیکی‌ای برای چگونگی کارکرد این قطعه‌ها نداشتیم. به جای مهندسی مستدل، به انجام دادن شمار بسیاری از آزمایش‌های ادیسونی تنزل یافته‌بودیم که در هر کدام، یکی از پارامترها را تغییر می‌دادیم و می‌کوشیدیم همه چیز دیگر را ثابت نگه داریم. حتی مولکول‌های سوييچ‌کننده به ما وفادار نبودند؛ به نظر می‌رسید که می‌توانیم هر چیزی را به جای آن‌ها مورد استفاده قرار دهیم.


در آن ناامیدی، حتی به اسیدهای چرب با زنجیره‌های طولانی – در واقع صابون - روی آوردیم تا نقش این مولکول‌ها را در قطعه‌های ما ایفا کنند. در صابون هیچ چیزی نیست که بخواهد سوييچ کند، با این حال برخی از قطعه‌های صابونی به طور شگفت‌انگیزی سوييچ می‌کردند. همچنین قطعه‌های کنترلی ساختیم که هیچ تک‌لایه‌ای نداشتند. هیچ یک از آن‌ها سوييچ نکردند.خسته و ناامید شده‌بودیم. چنین بود وضع ما در سال ۲۰۰۲، پس از شش سال پژوهش. چیزی داشتیم که کار می‌کرد، اما نمی‌توانستیم بفهمیم چرا. نمی‌توانستیم آن را مدل‌سازی کنیم و یقیناً نمی‌توانستیم آن را مهندسی کنیم. در این هنگام بود که گِرگ‌اسنايدر که با کوکس روی Teramac کارکرده‌بود، مقاله ممریستور چوا را برایم آورد. به من گفت: «نمی‌دانم شماها دارید چی می‌سازید، اما این چیزیه که من می‌خوام.»


تا همین امروز، من نمی‌دانم چه رخ داده که  گِرگ به آن مقاله برخورد. افراد کمی آن را خوانده‌اند، افراد کمتری آن را دریافته‌اند و باز هم شمار کمتری به آن ارجاع داده‌اند. در آن زمان، این مقاله ۳۱ ساله بود و ظاهراً می‌رفت که به اصطلاح روانه زباله‌دان تاریخ شود. دلم می‌خواست اکنون می‌توانستم بگویم که [در آن زمان] نگاهی به مقاله انداختم و فریاد زدم: «یافتم!». اما در واقع آن مقاله پیش از آن که حتی تلاش کنم بخوانمش، ماه‌ها روی میز من ماند. وقتی مطالعه‌اش کردم، مفاهیم و معادله‌ها را ناآشنا و پی‌گرفتن‌شان را دشوار یافتم. اما به مطالعه‌اش ادامه دادم، زيرا چیزی چشمم را گرفته‌بود، همچنان که نظر  گِرگ را: چوا نموداری در آن مقاله گنجانده‌بود که بد جوری مانند داده‌های تجربی‌ای که ما گرد می‌آوردیم، به چشم می‌آمد.


این نمودار رفتار جریان-ولتاژی (I-V) را نشان می‌داد که چوا برای ممریستور خود رسم کرده‌بود. چوا آن‌ها را «حلقه‌های فشرده پس‌ماند» خوانده‌بود؛ ما نمودارهای رفتار I-V خودمان را «گره‌های کمان» می‌خواندیم. یک حلقه فشرده پس‌ماند هنگامی که بر یک نمودار جریان بر حسب ولتاژ رسم شود، همانند یک علامت بی‌نهایت قطری است که مرکزش در محور صفر باشد. ولتاژ ابتدا از صفر تا بيشترين مقدار مثبت افزایش می‌یابد، سپس به کمترين مقدار منفی کاهش پیدا می‌کند و سرانجام به صفر بازمی‌گردد. گره‌های کمان در نمودارهای ما تقریباً همانند بودند [کادر «گره‌های کمان» را ببینید].این همه داستان نیست. مجموع تغییر مقاومتی که در قطعه‌های خود اندازه گرفته‌بودیم به این هم بستگی داشت که ولتاژ را برای چه مدتی اعمال می‌کردیم: هرچه یک ولتاژ مثبت را برای مدت بیشتری اعمال می‌کردیم، مقاومت کمتر می‌شد تا آن که به مقداري کمينه می‌رسید و هرچه ولتاژی منفی را برای مدت بیشتری به کار می‌بردیم، مقاومت بیشتر می‌شد، تا آن‌که به يک مقدار حدي بيشينه می‌رسید. هنگامی که به کار‌گیری ولتاژ را متوقف می‌کردیم، هر مقاومتی که مشخصه قطعه بود، ثابت می‌ماند تا وقتی که بار دیگر با اعمال کردن ولتاژی آن را بازنشانی (Reset) کنیم. حلقه پدیدار‌شده در منحنی I-V، پس‌ماند (Hysteresis) خوانده می‌شود و این رفتار شباهت شگفت‌انگیزی با چگونگی کارکرد سیناپس‌ها دارد: پیوندهای سیناپسی میان نورون‌ها را می‌توان بسته به قطبيت، شدت و طول زمانی یک سیگنال شیمیایی یا الکتریکی، قوی‌تر یا ضعیف‌تر کرد. چنین رفتاری را در مدارهای امروزی نمی‌توان یافت.


نگریستن به نمودارهای چوا دیوانه‌کننده بود. اکنون نشانه بزرگی داشتیم بر این که ممریستنس ارتباطی با سوييچ‌های ما دارد. اما چگونه؟ چرا باید پیوندگاه‌های مولکولی ما به پیوند میان بار [الکتریکی] و شار مغناطیسی مربوط باشند؟ نمی‌توانستم این پیوند را برقرار کنم.دو سال سپری شد. هر چند وقت یک‌بار در زمان بیکاری سراغ مقاله چوا مي‌رفتم، می‌خواندم و هر بار مفاهیمش را کمی بیشتر می‌فهمیدم. اما آزمایش‌های ما هنوز تا حد زیادی آزمون و خطا بود. بهترین کاری که می‌توانستیم بکنیم آن بود که شمار زیادی قطعه بسازیم و آن‌ها را که کار می‌کردند، بیابیم.اما ناکامی ما بی‌حاصل نبود: تا سال ۲۰۰۴ توانسته‌بودیم دریابیم چگونه روی ساندویچ‌های کوچکمان جراحی ریزی انجام دهیم. ابزاری ساختیم که این قطعه‌های کوچک را می‌شکافت، چنان که بتوانیم درون‌ آن‌ها را با دقت بنگریم و مقداری کاوش کنیم. هنگامی که آن‌ها را شکافتیم، ساندویچ‌های ریز در سست‌ترین نقطه‌شان از هم گسستند: لایه مولکولی. برای نخستین بار می‌توانستیم آنچه را که درون آن‌ها می‌گذشت به خوبی بنگریم. به شدت متعجب شدیم.