(a) Färgad svepelektronmikroskopbild av den uppmätta enheten. Toppport av aluminium används för att inducera ett tvådimensionellt elektronskikt vid gränsytan mellan kisel och kisel under metalliseringen. Barriärporten ligger delvis under den översta grinden och utarmar elektronlagret i närheten av fosfordonatorerna (de röda sfärerna läggs till i originalbilden). Barriärporten kan också användas för att styra enhetens konduktivitet. Alla barriärgrindarna i figuren bildar sina egna individuella transistorer. (b) Uppmätt differentialkonduktans genom enheten vid 4 Teslas magnetfält. De röda och de gula sfärerna illustrerar spin-down och -up tillstånden för en donatorelektron som inducerar linjerna med hög konduktivitet som är tydligt synliga i figuren.
(PhysOrg.com) -- Forskare från Helsingfors tekniska högskola (Finland), University of New South Wales (Australien), och University of Melbourne (Australien) har lyckats bygga en fungerande transistor, vars aktiva region endast består av en enda fosforatom i kisel. Resultaten har precis publicerats i Nanobokstäver .
Anordningens arbetsprinciper är baserade på sekventiell tunnling av enstaka elektroner mellan fosforatomen och transistorns emitter- och dräneringsledningar. Tunneleringen kan undertryckas eller tillåtas genom att styra spänningen på en närliggande metallelektrod med en bredd på några tiotals nanometer.
Den snabba utvecklingen av datorer, som skapade det nuvarande informationssamhället, har huvudsakligen baserats på minskningen av storleken på transistorer. Vi har länge vetat att denna utveckling måste bromsa in kritiskt under de kommande decennierna när den ännu tätare och billiga packningen av transistorer skulle kräva att de krymper ner till atomlängdsskalorna. I den nyligen utvecklade transistorn, all elektrisk ström passerar genom samma enda atom. Detta tillåter oss att studera effekterna som uppstår i den yttersta gränsen för transistorstorleken.
"För ungefär ett halvår sedan Jag och en av ledarna för denna forskning, Prof. Andrew Dzurak, tillfrågades när vi förväntar oss att en enatomstransistor ska tillverkas. Vi tittade på varandra, log, och sa att vi redan har gjort det”, berättar doktor Mikko Möttönen. "Faktiskt, vårt syfte var inte att bygga den minsta transistorn för en klassisk dator, men en kvantbit som skulle vara hjärtat i en kvantdator som utvecklas över hela världen”, han fortsätter.
Problem som uppstår när storleken på en transistor krymper mot gränsen beror på uppkomsten av så kallade kvantmekaniska effekter. Å ena sidan, dessa fenomen förväntas utmana den vanliga transistordriften. Å andra sidan, de tillåter klassiskt irrationellt beteende som kan, i princip, utnyttjas för konceptuellt mer effektiv datoranvändning, kvantberäkning.
Drivkraften bakom de mätningar som nu rapporteras är idén att använda spinnfrihetsgraden för en elektron från fosfordonatorn som en kvantbit, en qubit. Forskarna kunde i sina experiment observera spinn upp och ner tillstånd för en enda fosfordonator för första gången. Detta är ett avgörande steg mot kontrollen av dessa stater, det är, realiseringen av en qubit.
Mer information: Den ursprungliga forskningsartikeln har publicerats i Nanobokstäver den 1 december, 2009:Transportspektroskopi av enskilda fosfordonatorer i en kiseltransistor i nanoskala, Kuan Yen Tan, Kok Wai Chan, Mikko Mötönen, Andrea Morello, Changyi Yang, Jessica van Donkelaar, Andrew Alves, Juha-Matti Pirkkalainen, David N. Jamieson, Robert G. Clark, och Andrew S. Dzurak, Nano Lett. , Artikel ASAP, DOI:10.1021/nl901635j
Tillhandahålls av Helsingfors tekniska högskola
