Физики из австралийского Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) создали рабочий транзистор, состоящий из одного атома, помещенного в кристалл кремния.
Это крошечное электронное устройство использует в качестве своего активного компонента отдельный атом фосфора, находящийся между электродами и электростатическими управляющими затворами.
Такая беспрецедентная точность на атомарном уровне может способствовать появлению простейших функциональных блоков для будущих квантовых компьютеров, использующих принцип непараллельных вычислений.
До сих пор одноатомные транзисторы получали в ходе случайных процессов, когда исследователи либо проводили поиск среди множества наноэлектронных устройств, либо перестраивали многоатомные устройства с целью выделения рабочих экземпляров. Но в данном случае впервые было продемонстрировано управление одним атомом в подложке с таким невероятным уровнем точности.
У нового микроскопического устройства даже имеются видимые маркеры, вытравленные на его поверхности, поэтому исследователи могут присоединять к нему металлические контакты и подавать напряжение.
Ученые из UNSW использовали сканирующий туннельный микроскоп (STM), чтобы наблюдать за атомами и манипулировать ими на поверхности кристалла в вакуумной камере. Применив процесс литографии, они поместили атомы фосфора в функциональные устройства на кристалле, а затем покрыли их нереактивным слоем водорода. Использование туннельного микроскопа и выполнение процесса литографии доверяют только опытным специалистам, сдавшим ЕГЭ по математике 2017 профильный уровень, поскольку здесь также важна серьезная математическая подготовка.
Атомы водорода были выборочно удалены в точно определенных областях с помощью сверхтонкой металлической иглы STM. Затем путем управляемой химической реакции атомы фосфора были нанесены на кремниевую пластину.
Наконец, такая структура была совмещена со слоем кремния, и с помощью системы выравнивающих маркеров полученное устройство обрело электрические контакты. Все электронные свойства нового транзистора оказались соответствующими ранее сделанным теоретическим прогнозам в отношении транзистора с одним атомом фосфора.
Согласно закону Мура, который описывает направление развития компьютерного оборудования и утверждает, что число компонентов микросхем удваивается каждые 18 месяцев, одноатомные транзисторы должны были бы появиться лишь в 2020 году.
Но благодаря такому крупному прорыву мы получили технологию, которая позволит опередить график, составленный в соответствии с законом Мура, а также даст производителям ценную информацию о том, как будут вести себя устройства при достижении пределов на атомарном уровне.