Tranzistor tvořený atomem

Miniaturizace elektroniky dosáhla další mezní hranice. Finští a australští vědci vytvořili tranzistor, jehož hlavní aktivní prvek tvoří jediný atom fosforu, který je obklopen atomy křemíku.

V digitální technice pracují tranzistory zpravidla v režimu spínače. Tranzistorem proud buď teče, nebo neteče. Stav tranzistoru lze přesně řídit. Jednoatomový tranzistor, který pracuje podobně, tedy řízeně propouští elektrický proud a realizuje tak stav logické nuly a jedničky, je svými rozměry přímo předurčen ke stavbě kvantových počítačů. Dosavadní kvantové počítače a procesory pracovaly na bázi tzv. kvantových teček. Tak se nazývají větší skupiny atomů udržované v kolektivním stavu, který jim umožňuje efektivní práci s elektrony, mohou je vázat a uvolňovat. V případě jednoatomového elektronového přechodu jde tedy o kvantovou strukturu ještě menší než dosud.

Atom fosforu, který pracuje v centru tranzistoru, má v součástce o rozměrech několika stovek nanometrů funkci řízeného dárce elektronů. Každý elektron zde nese binární informaci ve formě tzv. spinu. Spin je kvantová veličina, která v podstatě vyjadřuje směr rotace tohoto elektronu. Spin je u kvantových částic orientován vzhledem k jakémukoliv zvolenému směru buď nahoru a vyjadřuje logickou nulu, nebo směrem dolů, kdy vyjadřuje logickou jedničku. Informaci zde tedy nenese přímo náboj elektronu, ale směr jeho spinu. Díky této vlastnosti elektronu už vznikl celý relativně nový obor elektroniky, tzv. spintronika. Se spinem elektronu je totiž možné v principu pracovat velmi podobně jako s jeho elektrickým nábojem. Spin totiž reaguje na přítomnost vnějšího magnetického pole.

Vodivost lišící se podle spinu měřená ve vysokém magnetickém poli|foto: Helsinki University of Technology

V současnosti se různé výrazné objevy v oblasti mikroelektroniky a nanoelektroniky objevují skoro každý měsíc. Je ale těžké přesně odhadnout, která nová technologie se stane základním pilířem elektroniky příštích let a desetiletí. Může to být v podstatě kterákoliv z nich.