I transistor sono uno dei dispositivi più importanti nell'elettronica e sono il cuore dell'informatica moderna. La progressiva miniaturizzazione dei transistor si sta rapidamente avvicinando alla scala atomica, dove anche la più piccola imperfezione può avere un effetto significativo sulle prestazioni. Keiji Ono e colleghi del RIKEN Low Temperature Physics Laboratory hanno ora sviluppato un metodo per misurare le caratteristiche operative dei transistor "quantum dot" a singolo atomo senza l'influenza delle imperfezioni circostanti.

Quando un materiale puro viene impiantato con atomi isolati di un altro elemento, l'atomo di impurità può comportarsi come un punto quantico, con proprietà molto diverse dalla sua matrice ospite. I punti quantici possono costituire la base del funzionamento dei transistor:attivazione o disattivazione di un'uscita, a seconda dello stato di un input e può facilitare il trasporto di elettroni attraverso il transistor anche quando il trasporto di elettroni attraverso il materiale circostante, solitamente silicio, è bloccato. In questa configurazione, mentre tutti gli elettroni passano attraverso il punto quantico, possono farlo solo uno alla volta. Questo rende le proprietà quanto-fisiche dei punti quantici dominanti nel funzionamento del transistor, producendo una caratteristica forma a diamante nella relazione corrente-tensione misurata.

Trasporto di un singolo elettrone attraverso il transistor, però, è molto sensibile alle perturbazioni esterne. Le impurità in altre parti del transistor possono causare campi elettrici vaganti che agiscono come punti quantici e quindi influenzare il comportamento elettrico del transistor e l'aspetto della forma del diamante nelle curve elettriche.

Per contrastare tali effetti, Ono ei suoi colleghi hanno sviluppato una tecnica di misurazione che consente loro di quantificare gli effetti di questi punti quantici "dispersi" in modo da poter isolare le vere proprietà del punto quantico principale. Il metodo si basa su misurazioni delle prestazioni del transistor a varie tensioni elettriche, che vengono analizzati utilizzando un modello di trasporto degli elettroni che incorpora gli effetti elettrici dei punti quantici vaganti. Tra i tanti usi, queste informazioni aiutano i ricercatori a capire quali tensioni devono essere applicate ai transistor per ottimizzare il regime di trasporto del singolo elettrone.

Sebbene le proprietà quantistiche del trasporto di elettroni attraverso i transistor quantum dot appaiano solo a basse temperature, comprendere i processi coinvolti è importante anche per l'ottimizzazione dei normali transistor a temperatura ambiente, che sono notoriamente affetti dalla presenza di singoli difetti nel canale del transistor, dice Ono. "Sappiamo molto sui punti quantici. L'applicazione della fisica dei punti quantici ai transistor commerciali è impegnativa ma potrebbe avere implicazioni molto utili".