Den mindste transistor i verden skifter strøm med et enkelt atom i fast elektrolyt

På Karlsruhe Institute of Technology (KIT), fysiker professor Thomas Schimmel og hans team har udviklet en enkelt-atom transistor, den mindste transistor, der findes. Denne kvanteelektronikkomponent skifter elektrisk strøm ved kontrolleret repositionering af et enkelt atom, nu også i fast tilstand i en gelelektrolyt. Enkeltatom-transistoren arbejder ved stuetemperatur og bruger meget lidt energi, som åbner helt nye perspektiver for informationsteknologi. Transistoren er præsenteret i Avancerede materialer .

Digitalisering giver et højt energiforbrug. I industrialiserede lande, informationsteknologi har i øjeblikket en andel på mere end 10% af det samlede strømforbrug. Transistoren er det centrale element i digital databehandling i computercentre, Stk, smartphones, eller i indlejrede systemer til mange applikationer fra vaskemaskinen til flyet. En kommercielt tilgængelig billig USB-hukommelsesnøgle indeholder allerede flere milliarder transistorer. I fremtiden, enkeltatom-transistoren udviklet af professor Thomas Schimmel og hans team ved Institute of Applied Physics (APH) fra KIT kan øge energieffektiviteten i informationsteknologi betydeligt. "Dette kvanteelektronikelement gør det muligt at skifte energier, der er mindre end konventionelle siliciumteknologier med en faktor 10, 000, " siger fysiker og nanoteknologiekspert Schimmel, der forsker ved APH, Institut for Nanoteknologi (INT), og Material Research Center for Energy Systems (MZE) fra KIT. Tidligere i år, Professor Schimmel, som betragtes som pioneren inden for enkeltatomelektronik, blev udnævnt til meddirektør for Center for Single-Atom Electronics and Photonics etableret i fællesskab af KIT og ETH Zürich.

I Avancerede materialer , KIT-forskerne præsenterer transistoren, der når grænserne for miniaturisering. Forskerne producerede to minutters metalliske kontakter. Mellem dem, der er et hul så bredt som et enkelt metalatom. "Ved en elektrisk styreimpuls, vi placerer et enkelt sølvatom i dette hul og lukker kredsløbet, Professor Thomas Schimmel forklarer. "Når sølvatomet fjernes igen, kredsløbet er afbrudt." Verdens mindste transistor skifter strøm gennem den kontrollerede reversible bevægelse af et enkelt atom. I modsætning til konventionelle kvanteelektronikkomponenter, enkeltatom-transistoren fungerer ikke kun ved ekstremt lave temperaturer nær det absolutte nulpunkt, dvs. -273°C, men allerede ved stuetemperatur. Dette er en stor fordel for fremtidige applikationer.

Enkeltatom-transistoren er baseret på en helt ny teknisk tilgang. Transistoren består udelukkende af metal, der bruges ingen halvledere. Dette resulterer i ekstremt lave elektriske spændinger og, derfor, et ekstremt lavt energiforbrug. Indtil nu, KITs enkeltatom-transistor har påført en flydende elektrolyt. Nu, Thomas Schimmel og hans team har designet en transistor, der fungerer i en solid elektrolyt. Gelelektrolytten fremstillet ved gelering af en vandig sølvelektrolyt med pyrogen siliciumdioxid kombinerer fordelene ved et fast stof med en væskes elektrokemiske egenskaber. På denne måde både sikkerhed og håndtering af enkeltatom-transistoren er forbedret.