Un team guidato dall'Università di Pittsburgh ha creato un transistor a elettrone singolo che fornisce un elemento costitutivo per nuovi, memorie del computer più potenti, materiali elettronici avanzati, e i componenti di base dei computer quantistici.

I ricercatori riferiscono in Nanotecnologia della natura che il componente centrale del transistor, un'isola di soli 1,5 nanometri di diametro, funziona con l'aggiunta di solo uno o due elettroni. Questa capacità renderebbe il transistor importante per una serie di applicazioni computazionali, dalle memorie ultradense ai processori quantistici, potenti dispositivi che promettono di risolvere problemi così complessi che tutti i computer del mondo che lavorano insieme da miliardi di anni non sono in grado di risolverli.

Inoltre, la minuscola isola centrale potrebbe essere utilizzata come atomo artificiale per lo sviluppo di nuove classi di materiali elettronici artificiali, come superconduttori esotici con proprietà non presenti nei materiali naturali, ha spiegato il ricercatore capo Jeremy Levy, professore di fisica e astronomia alla Pitt's School of Arts and Sciences. Levy ha lavorato con l'autore principale e studente laureato in fisica e astronomia di Pitt Guanglei Cheng, così come con i ricercatori di fisica e astronomia di Pitt Feng Bi, Daniela Bogorin, e Cheng Cen. I ricercatori di Pitt hanno lavorato con un team dell'Università del Wisconsin a Madison guidato dal professore di scienza dei materiali e ingegneria Chang-Beom Eom, compresi i ricercatori associati Chung Wun Bark, Parco Jae-Wan, e Chad Folkman. Della squadra facevano parte anche Gilberto Medeiros-Ribeiro, dei laboratori HP, e Pablo F. Siles, uno studente di dottorato presso l'Università Statale di Campinas in Brasile.

Levy e i suoi colleghi hanno chiamato il loro dispositivo SketchSET, o transistor a elettrone singolo basato su sketch, dopo una tecnica sviluppata nel laboratorio di Levy nel 2008 che funziona come un microscopico Etch A SketchTM, il giocattolo da disegno che ha ispirato l'idea. Usando la sonda conduttiva affilata di un microscopio a forza atomica, Levy può creare dispositivi elettronici come fili e transistor di dimensioni nanometriche all'interfaccia di un cristallo di titanato di stronzio e uno strato di alluminato di lantanio spesso 1,2 nanometri. I dispositivi elettronici possono quindi essere cancellati e l'interfaccia riutilizzata.

Lo SketchSET, che è il primo transistor a elettrone singolo realizzato interamente con materiali a base di ossido, è costituito da una formazione a isola che può ospitare fino a due elettroni. Il numero di elettroni sull'isola, che può essere solo zero, uno, o due:risultati in proprietà conduttive distinte. I fili che si estendono dal transistor trasportano elettroni aggiuntivi attraverso l'isola.

Una virtù di un transistor a singolo elettrone è la sua estrema sensibilità a una carica elettrica, Levy ha spiegato. Un'altra proprietà di questi materiali di ossido è la ferroelettricità, che consente al transistor di agire come una memoria a stato solido. Lo stato ferroelettrico può, in assenza di alimentazione esterna, controllare il numero di elettroni sull'isola, che a sua volta può essere usato per rappresentare lo stato 1 o 0 di un elemento di memoria. Una memoria del computer basata su questa proprietà sarebbe in grado di conservare le informazioni anche quando il processore stesso è spento, ha detto Levy. Si prevede inoltre che lo stato ferroelettrico sia sensibile a piccoli cambiamenti di pressione su scala nanometrica, rendendo questo dispositivo potenzialmente utile come sensore di carica e forza su scala nanometrica.

Da agosto 2010 Levy ha portato a casa $ 7,5 milioni, progetto multi-istituzionale per costruire un semiconduttore con proprietà simili a SketchSET, Egli ha detto. Finanziato dal programma Multi-University Research Initiative (MURI) dell'U.S. Air Force Office of Scientific Research, lo sforzo quinquennale è destinato a superare alcune delle sfide più significative legate allo sviluppo della tecnologia dell'informazione quantistica. Levy lavora a quel progetto con i ricercatori di Cornell, Stanford, l'Università della California a Santa Barbara, l'Università del Michigan, e UW-Madison.