Forskere bygger enkeltatom-transistorer

(PhysOrg.com) -- Forskere fra Helsinki University of Technology (Finland), University of New South Wales (Australien), og University of Melbourne (Australien) er lykkedes med at bygge en fungerende transistor, hvis aktive område kun består af et enkelt fosforatom i silicium. Resultaterne er netop offentliggjort i Nano bogstaver .

Enhedens arbejdsprincipper er baseret på sekventiel tunnelering af enkelte elektroner mellem fosforatomet og transistorens kilde- og drænledninger. Tunneleringen kan undertrykkes eller tillades ved at styre spændingen på en nærliggende metalelektrode med en bredde på nogle få snese nanometer.

Den hurtige udvikling af computere, som skabte det nuværende informationssamfund, har hovedsageligt været baseret på reduktion af størrelsen af ​​transistorer. Vi har længe vidst, at denne udvikling skal bremses kritisk i de kommende årtier, når den endnu strammere billige pakning af transistorer ville kræve, at de skrumpes ned til atomlængdeskalaerne. I den nyligt udviklede transistor, al den elektriske strøm går gennem det samme enkelt atom. Dette giver os mulighed for at studere de virkninger, der opstår i den yderste grænse for transistorstørrelsen.

"For omkring et halvt år siden Jeg og en af ​​lederne af denne forskning, Prof. Andrew Dzurak, blev spurgt, hvornår vi forventer, at en enkeltatom-transistor bliver fremstillet. Vi så på hinanden, smilede, og sagde, at vi allerede har gjort det”, fortæller Dr. Mikko Möttönen. "Faktisk, vores formål var ikke at bygge den mindste transistor til en klassisk computer, men en kvantebit, som ville være hjertet i en kvantecomputer, der udvikles over hele verden”, fortsætter han.

Problemer, der opstår, når størrelsen af ​​en transistor krympes mod den ultimative grænse, skyldes fremkomsten af ​​såkaldte kvantemekaniske effekter. På den ene side, disse fænomener forventes at udfordre den sædvanlige transistordrift. På den anden side, de tillader klassisk irrationel adfærd, som kan, i princippet, udnyttes til konceptuelt mere effektiv databehandling, kvanteberegning.

Drivkraften bag de nu rapporterede målinger er ideen om at udnytte spin-frihedsgraden af ​​en elektron fra fosfordonoren som en kvantebit, en qubit. Forskerne var i deres eksperimenter i stand til at observere spin op og ned tilstande for en enkelt fosfordonor for første gang. Dette er et afgørende skridt hen imod kontrol af disse stater, det er, realiseringen af ​​en qubit.

Mere information: Original forskningsartikel er blevet publiceret i Nano bogstaver den 1. december, 2009:Transportspektroskopi af enkeltfosfordonorer i en siliciumtransistor i nanoskala, Kuan Yen Tan, Kok Wai Chan, Mikko Mötönen, Andrea Morello, Changyi Yang, Jessica van Donkelaar, Andrew Alves, Juha-Matti Pirkkalainen, David N. Jamieson, Robert G. Clark, og Andrew S. Dzurak, Nano Lett. , Artikel ASAP, DOI:10.1021/nl901635j

Leveret af Helsinki University of Technology