Tranzistor z jednoho atomu

Prostorový snímek tranzistoru a dvou částí pásu
Prostorový snímek tranzistoru a dvou částí pásu

Při vývoji nanosoučástek výzkumníci narazili na možná úplně poslední mez, kterou nám do cesty staví přírodní struktury. Vytvořili totiž funkční elektrickou nanosoučástku, v níž klíčovou roli hraje jeden jediný atom fosforu.

Tým pracovníků z australských univerzit a z americké univerzity v Purdue nejdříve vytvořil pás atomů fosforu. V tomto pásu udělali mezeru a do ní umístili jeden jediný atom fosforu. Tohoto výsledku dosáhli pomocí manipulace s jednotlivými atomy, a to díky metodě skenovací tunelové mikroskopie.

Oproti předchozím experimentálním nanostrukturám, které se chovaly podobně jako tranzistory, se tato nanosoučástka chová velmi vypočitatelně. Lze ji podrobovat různým napětím a získávat z ní elektrické výstupy řízeným způsobem. Polohu izolovaného atomu fosforu v mezeře dokázali výzkumníci také plynule a podle potřeby měnit.

Mezera uprostřed dvou částí pásu, které se chovají jako dvě základní elektrody unipolárního tranzistoru, má rozměr jen 20 nanometrů. Doprostřed mezi tyto elektrody vědci vsadili zmíněný atom fosforu. Přesněji řečeno: pomocí skenovací tunelové mikroskopie vyměnili jediný atom křemíku z lokálního shluku těchto šesti atomů.

Další dvě elektrody, odpovídající svojí funkcí tzv. branám (gate), vědci umístili do vzdálenosti zhruba 100 nanometrů od centrálního atomu. Po aplikaci napětí na obě sady elektrod pak měřili změny elektronových stavů v centrálním atomu fosforu a také elektrický proud, který součástkou protékal. Celý systém se začal chovat jako unipolární tranzistor řízený elektrickým polem (FET). Všechno při tom muselo být chlazeno kapalným héliem.

Možná stejně důležitým úspěchem je vývoj dalšího typu nanotranzistoru – a sice součástky menší než 10 nanometrů na bázi uhlíkových nanotrubiček. Obojí by mohlo být potenciálně důležité pro rozvoj kvantových počítačů.

Překonání Mooreova zákona?

Je otázkou, jaký vliv budou mít tyto objevy na tzv. Mooreův zákon v oblasti elektroniky. Ten tvrdí, že hustota prvků na čipech (informační výkon čipů) se přibližně každých 18 měsíců zdvojnásobí. Tento zákon v podstatě s mírnými odchylkami platí už téměř 50 let. Nyní by mohl být zákon krátkodobě dokonce překonán. Ovšem s tou podmínkou, že dále už pak tímto způsobem výkon zvyšovat nelze, protože jsme zde narazili na fyzikální hranice samotné.

Zdroje: Gizmodo, Popular Science, Physorg.com