Powstał działający jednoatomowy tranzystor! [wideo]

Naukowcy mówią o przełomie. Stworzyli stabilny tranzystor na bazie pojedynczego atomu fosforu. Mniejszych już ponoć nie będzie. Na fali entuzjazmu niektórzy wieszczą kres Prawa Moore’a i początek ery informatyki kwantowej. A kiedy tę technologię wykorzysta przemysł?

Powstał działający jednoatomowy tranzystor! [wideo]
Adam Maciejewski
SKOMENTUJ

Naukowcy mówią o przełomie. Stworzyli stabilny tranzystor na bazie pojedynczego atomu fosforu. Mniejszych już ponoć nie będzie. Na fali entuzjazmu niektórzy wieszczą kres Prawa Moore’a i początek ery informatyki kwantowej. A kiedy tę technologię wykorzysta przemysł?

Świetne nastroje naukowców są w pełni zrozumiałe. Na ogłoszony sukces przez dekadę pracowało kilka zespołów badawczych. I był to naprawdę globalny wysiłek. Pierwszy przełom ogłoszono w 2009 r., kiedy naukowcy z Helsinki University of Technology (teraz część Aalto University) oraz University of New South Wales i University of Melbourne zbudowali tranzystor, którego aktywny obszar składał się z jednego atomu fosforu osadzonego w krzemie.

Obraz

Obraz z mikroskopu elektronowego. Po lewej (a) jest górna bramka (top gate) z glinu, która wywołuje dwuwymiarową powłokę elektronową pomiędzy oddziałującymi wzajemnie warstwami krzemu i tlenku krzemu pod metalizacją. Bramka zaporowa (barier gate) zmniejsza powłokę elektronową w pobliżu dostarczającego elektronów atomu (tzw. donor) fosforu (czerwone punkty). Bramki zaporowe służą też do kontroli przewodności układu. Widoczne bramki zaporowe tworzą własne tranzystory.

Po prawej (b) pomiar przewodności różnicowej w polu magnetycznym o wartości 4 tesli. Czerwonymi i żółtymi strzałkami zaznaczono zakres spinu elektronu donora. Naukowcom chodziło o to, aby tak wykorzystać (kontrolować) zakres swobodnego spinu elektronu z atomu fosforu, żeby otrzymać bit kwantowy, czyli kubit. Problem polegał na tym, że przy takim stopniu miniaturyzacji tranzystora zaczynały występować tzw. efekty kwantowo-mechaniczne. Dlatego jednoatomowe tranzystory były wynikiem szczęścia i przypadku, a nie powtarzalnej, laboratoryjnej reguły. Aż do teraz.

Obraz

Trójwymiarowy obraz – uzyskany dzięki skaningowemu mikroskopowi tunelowemu (STM) – idealnie symetrycznego jednoatomowego tranzystora. Naukowcy z University of New South Wales, wykorzystując STM i kapsułę ultra-wysokiej próżni (UHV, ciśnienie poniżej 100 nanopaskali), techniką litografii modelowali atom fosforu w już funkcjonalne elementy na krysztale krzemu, a następnie pokrywali całość niewchodzącą w reakcje warstwą wodoru. Potem atomy wodoru były precyzyjnie usuwane z wybranych obszarów za pomocą czubka metalowego manipulatora STM-u. Wtedy kontrolowana reakcja chemiczna osadzała atomy fosforu na powierzchni krzemu. Na sam koniec cała struktura była pokrywana warstwą krzemu. Przyszły tranzystor łączy się elektrycznie, korzystając z układu złożonych markerów, idealnie pasujących do metalicznych połączeń na krzemowym układzie scalonym.

Elektroniczne właściwości tak otrzymanego urządzenia całkowicie potwierdziły teoretyczne założenia opublikowane przed laty przez zespoły badawcze prof. Gerharda Klimecka z Purdue University (USA) i prof. Lloyda Hollenberga z University of Melbourne.

Obraz

A tak wygląda komputerowy model nowego tranzystora z centralnie widocznym atomem fosforu. Jest to niewątpliwy i ogromny sukces zespołów badawczych z uniwersytetów w Nowej Południowej Walii, Melbourne i Purdue. Razem z ich innym niedawnym (styczniowym) osiągnięciem, czyli fosforowo-krzemowym przewodem o wymiarach jednego atomu na cztery, staje się punktem wyjścia do konstruowania komputerów kwantowych.

Kiedy zatem doczekamy się procesorów produkowanych z użyciem tej technologii? Naukowcy nie wiedzą. Jest mały problem. Jednoatomowy tranzystor do stabilnej pracy potrzebuje bardzo niskich temperatur, dokładnie minus 196°C lub mniej. Dlatego trzymany jest w ciekłym azocie. Tylko tak niskie temperatury gwarantują pożądanie mały zakres spinu elektronów. Naukowcy mówią wprost, potrzebna jest technologia, która zapewniałaby taki sam efekt w temperaturach pokojowych.

Single-atom transistor

Materiały ScienceDaily

Wybrane dla Ciebie

Google I/O 2025 już za moment. Jak śledzić najważniejsze ogłoszenia na żywo?
Google I/O 2025 już za moment. Jak śledzić najważniejsze ogłoszenia na żywo?
Odkryto tajemniczą kulę w kosmosie. To mogła być wcześniej potężna supernowa
Odkryto tajemniczą kulę w kosmosie. To mogła być wcześniej potężna supernowa
Najstarsze ślady gada. Australijskie odkrycie zmienia nasze spojrzenie na ewolucję
Najstarsze ślady gada. Australijskie odkrycie zmienia nasze spojrzenie na ewolucję
AI odkrywa niezwykłe formacje. Czy są kosmiczne bąble?
AI odkrywa niezwykłe formacje. Czy są kosmiczne bąble?
Tak uratujesz spuchnięte panele. Wystarczy kilka sekund
Tak uratujesz spuchnięte panele. Wystarczy kilka sekund
Najbardziej zaśmiecone miejsce na świecie? Leży 5 km pod wodą
Najbardziej zaśmiecone miejsce na świecie? Leży 5 km pod wodą
Naklejka z literą "R" na skrzynce pocztowej. Wiele osób myli jej znaczenie
Naklejka z literą "R" na skrzynce pocztowej. Wiele osób myli jej znaczenie
"Płynna śmierć". Lekarz poleca zrezygnować na zawsze
"Płynna śmierć". Lekarz poleca zrezygnować na zawsze
Laserowa broń przyszłości. Marynarka Wojenna USA stawia na AI
Laserowa broń przyszłości. Marynarka Wojenna USA stawia na AI
Skąd się wzięło tajemnicze DNA? Mamy go ponad 20 proc.
Skąd się wzięło tajemnicze DNA? Mamy go ponad 20 proc.
Zorza polarna po raz pierwszy zaobserwowana na Marsie. Przełomowe odkrycie NASA
Zorza polarna po raz pierwszy zaobserwowana na Marsie. Przełomowe odkrycie NASA
Nie sadź w ogrodzie. Kara to nawet milion złotych
Nie sadź w ogrodzie. Kara to nawet milion złotych