(a) Immagine colorata al microscopio elettronico a scansione del dispositivo misurato. Il gate superiore in alluminio viene utilizzato per indurre uno strato di elettroni bidimensionale sull'interfaccia silicio-ossido di silicio al di sotto della metallizzazione. Il gate barriera è parzialmente al di sotto del gate superiore ed esaurisce lo strato di elettroni in prossimità dei donatori di fosforo (le sfere rosse aggiunte all'immagine originale). Il cancello barriera può essere utilizzato anche per controllare la conduttività del dispositivo. Tutti i gate di barriera nella figura formano i propri transistor individuali. (b) Conduttanza differenziale misurata attraverso il dispositivo a un campo magnetico di 4 Tesla. Le sfere rossa e gialla illustrano gli stati spin-down e -up di un elettrone donatore che inducono le righe ad alta conduttività chiaramente visibili in figura.
(PhysOrg.com) -- Ricercatori della Helsinki University of Technology (Finlandia), Università del Nuovo Galles del Sud (Australia), e l'Università di Melbourne (Australia) sono riuscite a costruire un transistor funzionante, la cui regione attiva è costituita da un solo atomo di fosforo nel silicio. I risultati sono stati appena pubblicati su Nano lettere .
I principi di funzionamento del dispositivo si basano sul tunneling sequenziale di singoli elettroni tra l'atomo di fosforo e i conduttori di source e drain del transistor. Il tunneling può essere soppresso o consentito controllando la tensione su un elettrodo metallico vicino con una larghezza di poche decine di nanometri.
Il rapido sviluppo dei computer, che ha creato l'attuale società dell'informazione, si è basata principalmente sulla riduzione delle dimensioni dei transistor. Sappiamo da molto tempo che questo sviluppo deve rallentare in modo critico durante i decenni futuri, quando l'imballaggio ancora più stretto ed economico dei transistor richiederebbe che si riducano fino alle scale di lunghezza atomica. Nel transistor di recente sviluppo, tutta la corrente elettrica passa attraverso lo stesso singolo atomo. Questo ci permette di studiare gli effetti che si verificano nel limite estremo della dimensione del transistor.
“Circa sei mesi fa, Io e uno dei responsabili di questa ricerca, Prof. Andrew Dzurak, è stato chiesto quando ci aspettiamo che venga fabbricato un transistor a singolo atomo. Ci siamo guardati, sorrise, e ha detto che l'abbiamo già fatto", dice il dottor Mikko Möttönen. "Infatti, il nostro scopo non era quello di costruire il più piccolo transistor per un computer classico, ma un bit quantistico che sarebbe il cuore di un computer quantistico che si sta sviluppando in tutto il mondo”, lui continua.
I problemi che sorgono quando le dimensioni di un transistor si riducono verso il limite ultimo sono dovuti all'emergere dei cosiddetti effetti della meccanica quantistica. Da una parte, ci si aspetta che questi fenomeni mettano alla prova il normale funzionamento dei transistor. D'altra parte, consentono comportamenti classicamente irrazionali che possono, in linea di principio, essere sfruttato per un calcolo concettualmente più efficiente, informatica quantistica.
La forza trainante dietro le misurazioni riportate ora è l'idea di utilizzare il grado di libertà di spin di un elettrone del donatore di fosforo come bit quantistico, un qubit. I ricercatori sono stati in grado di osservare per la prima volta nei loro esperimenti gli stati su e giù per un singolo donatore di fosforo. Questo è un passo cruciale verso il controllo di questi stati, questo è, la realizzazione di un qubit.
Maggiori informazioni: L'articolo di ricerca originale è stato pubblicato in Nano lettere il 1 dicembre, 2009:Spettroscopia di trasporto di singoli donatori di fosforo in un transistor di silicio su nanoscala, Kuan Yen Tan, Kok Wai Chan, Mikko Möttönen, Andrea Morello, Changyi Yang, Jessica van Donkelaar, Andrea Alves, Juha-Matti Pirkkalainen, David N. Jamieson, Robert G. Clark, e Andrew S. Dzurak, Nano Lett. , Articolo APPENA POSSIBILE, DOI:10.1021/nl901635j
Fornito dalla Helsinki University of Technology
