Elektriske strømme kan nu tændes og slukkes i den mindst tænkelige skala

Robert Wolkow er ikke fremmed for at mestre det ultra-små og det ultrahurtige. En pioner inden for videnskab på atomare skala med en Guinness verdensrekord til start (for en nål med et enkelt atom ved punktet), Wolkows hold, sammen med samarbejdspartnere på Max Plank Instituttet i Hamborg, har netop offentliggjort resultater, der beskriver, hvordan man laver atomafbrydere til elektricitet, mange gange mindre end det, der bruges i øjeblikket.

Hvad betyder det hele? Med applikationer til praktiske systemer som silicium halvlederelektronik, det betyder mindre, mere effektivt, mere energibesparende computere, som blot et eksempel på den teknologiske revolution, der udspiller sig lige foran vores øjne (hvis du kan skele så hårdt).

"Dette er første gang nogen har set et skifte af en enkelt-atom kanal, " forklarer Wolkow, fysikprofessor ved University of Alberta og Principal Research Officer ved Canadas National Institute for Nanotechnology. "Du har hørt om en transistor - en kontakt til elektricitet - ja, vores switche er næsten hundrede gange mindre end de mindste på markedet i dag."

Dagens mindste transistorer opererer på 14 nanometer niveau, som stadig repræsenterer tusindvis af atomer. Wolkow's og hans team på University of Alberta, NINT, og hans spinoff QSi, har arbejdet teknologien ned til blot nogle få atomer. Da computere simpelthen er en sammensætning af mange tænd/sluk-knapper, resultaterne peger ikke kun på ultraeffektiv generel computing, men også til en ny vej til kvanteberegning.

"Vi bruger denne teknologi til at gøre ultragrøn, energibesparende computere til generelle formål, men også for at fremme udviklingen af ​​kvantecomputere. Vi bygger den mest energibesparende elektronik nogensinde, bruger omkring tusind gange mindre strøm end nutidens elektronik."

Mens den nye teknologi er lille, det potentielle samfundsmæssige, økonomisk, og miljøpåvirkningen af ​​Wolkows opdagelse er meget stor. I dag, vores elektronik forbruger flere procent af verdens elektricitet. Efterhånden som størrelsen af ​​den digitale økonomis energiaftryk stiger, materiale- og energibesparelse bliver stadig vigtigere.

Wolkow siger, at der er overraskende fordele ved at være mindre, både til almindelige computere, og, også til kvantecomputere. "Kvantesystemer er kendetegnet ved deres delikate greb om information. De er aldrig så let forstyrrede. Interessant nok, jo mindre systemet bliver, jo færre forstyrrelser." Derfor, Wolkow forklarer, du kan skabe et system, der samtidig er utroligt lille, bruger mindre materiale og kværner med mindre energi, mens du holder på informationen helt rigtigt.

Når den nye teknologi er færdigudviklet, det vil ikke kun føre til et mindre energifodaftryk, men også mere overkommelige systemer for forbrugerne. "Det er lidt fantastisk, når alt hænger sammen, " siger Wolkow.

Wolkow er en af ​​de få mennesker i verden, der taler om atom-skala fremstilling og mener, at vi er vidne til begyndelsen på den kommende revolution. Han og hans team har arbejdet med den store industrileder Lockheed Martin som indgangsstedet til markedet.

"Det er noget, du ikke engang hører om endnu, men atom-skala fremstilling kommer til at ændre verden. Folk tror, ​​det ikke er helt muligt, men men vi laver allerede rutinemæssigt ting ud af atomer. Vi gør det ikke bare fordi. Vi gør det, fordi de ting, vi kan lave, har stadig flere ønskværdige egenskaber. De er ikke bare mindre. De er anderledes og bedre. Dette er kun begyndelsen på, hvad der vil være mindst et århundredes udvikling inden for atom-skala fremstilling, og det vil være transformerende."

"Time Resolved Single Dopant Charge Dynamics in Silicon" dukkede op i 26. oktober-udgaven af Naturkommunikation , et åbent tidsskrift i gruppen af ​​Nature, verdensførende videnskabelige publikationer.