Al Karlsruhe Institute of Technology (KIT), il fisico professor Thomas Schimmel e il suo team hanno sviluppato un transistor a singolo atomo, il più piccolo transistor esistente. Questo componente di elettronica quantistica commuta la corrente elettrica mediante il riposizionamento controllato di un singolo atomo, ora anche allo stato solido in un elettrolita gel. Il transistor a singolo atomo funziona a temperatura ambiente e consuma pochissima energia, che apre prospettive completamente nuove per la tecnologia dell'informazione. Il transistor è presentato in Materiale avanzato .

La digitalizzazione si traduce in un elevato consumo di energia. Nei paesi industrializzati, la tecnologia dell'informazione ha attualmente una quota di oltre il 10% nel consumo totale di energia. Il transistor è l'elemento centrale dell'elaborazione digitale dei dati nei centri di calcolo, PC, smartphone, o in sistemi embedded per molte applicazioni dalla lavatrice all'aereo. Una memory stick USB a basso costo disponibile in commercio contiene già diversi miliardi di transistor. Nel futuro, il transistor a singolo atomo sviluppato dal professor Thomas Schimmel e dal suo team presso l'Istituto di fisica applicata (APH) di KIT potrebbe migliorare considerevolmente l'efficienza energetica nella tecnologia dell'informazione. "Questo elemento di elettronica quantistica consente di commutare energie inferiori a quelle delle tecnologie convenzionali al silicio di un fattore 10, 000, " dice il fisico ed esperto di nanotecnologie Schimmel, che conduce ricerca presso l'APH, l'Istituto di nanotecnologie (INT), e il Centro di ricerca sui materiali per i sistemi energetici (MZE) di KIT. All'inizio di quest'anno, Professor Schimmel, che è considerato il pioniere dell'elettronica a singolo atomo, è stato nominato co-direttore del Centro per l'elettronica e la fotonica a singolo atomo istituito congiuntamente da KIT e ETH di Zurigo.

In Materiale avanzato , i ricercatori del KIT presentano il transistor che raggiunge i limiti della miniaturizzazione. Gli scienziati hanno prodotto due minuti contatti metallici. Fra loro, c'è un vuoto largo quanto un singolo atomo di metallo. "Da un impulso di controllo elettrico, posizioniamo un singolo atomo d'argento in questo spazio e chiudiamo il circuito, " Spiega il professor Thomas Schimmel. "Quando l'atomo d'argento viene rimosso di nuovo, il circuito è interrotto." Il transistor più piccolo del mondo commuta la corrente attraverso il movimento reversibile controllato di un singolo atomo. Contrariamente ai componenti elettronici quantistici convenzionali, il transistor a singolo atomo non funziona solo a temperature estremamente basse vicino allo zero assoluto, cioè -273°C, ma già a temperatura ambiente. Questo è un grande vantaggio per le applicazioni future.

Il transistor a singolo atomo si basa su un approccio tecnico completamente nuovo. Il transistor è costituito esclusivamente da metallo, non vengono utilizzati semiconduttori. Ciò si traduce in tensioni elettriche estremamente basse e, quindi, un consumo energetico estremamente basso. Finora, Il transistor a singolo atomo di KIT ha applicato un elettrolita liquido. Ora, Thomas Schimmel e il suo team hanno progettato un transistor che funziona in un elettrolita solido. L'elettrolita gel prodotto dalla gelificazione di un elettrolita acquoso d'argento con biossido di silicio pirogenico combina i vantaggi di un solido con le proprietà elettrochimiche di un liquido. In questo modo, sia la sicurezza che la gestione del transistor a singolo atomo sono migliorate.