Bild:UNSW Sydney
De smalaste ledande trådarna i kisel som någonsin tillverkats – bara fyra atomer breda och en atom höga – har visat sig ha samma elektriska strömförande förmåga som koppar, enligt en ny studie publicerad i dag i tidskriften Vetenskap .
Trots deras förvånansvärt lilla diameter - 10, 000 gånger tunnare än ett människohår - dessa trådar har exceptionellt goda elektriska egenskaper, väcker förhoppningar om att de kommer att tjäna till att ansluta komponenter i atomär skala i morgondagens kvantdatorer.
"Anslutningsledningar i denna skala kommer att vara avgörande för utvecklingen av framtida elektroniska kretsar i atomskala, " säger huvudförfattaren till studien, Bent Weber, en doktorand vid ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology vid University of New South Wales, i Sydney, Australien.
Trådarna gjordes genom att exakt placera kedjor av fosforatomer i en kiselkristall, enligt studien, som inkluderar forskare från University of Melbourne och Purdue University i USA.
Forskarna upptäckte att den elektriska resistiviteten hos deras ledningar – ett mått på hur lätt elektrisk ström kan flyta – inte beror på trådbredden. Deras beteende beskrivs av Ohms lag, som är en grundläggande fysiklag som lärs ut till varje gymnasieelev.
"Det är extraordinärt att visa att en sådan grundläggande lag fortfarande gäller även när man konstruerar en tråd från naturens grundläggande byggstenar - atomer, säger Weber.
Upptäckten visar att elektriska sammankopplingar i kisel kan krympa till atomära dimensioner utan förlust av funktionalitet, säger centrets direktör och ledare för forskningen, Professor Michelle Simmons.
Trådar bara en atom hög har skapats genom att en rad fosforatomer införs i en kiselkristall av ett team av forskare från University of New South Wales, Melbourne University och Purdue University. Den här bilden från en beräkningssimuleringskörning av ledningarna visar elektrontäthet när elektroner flödar från vänster till höger. Ledningarna är 20 gånger mindre än de minsta trådarna som nu finns tillgängliga och mäter bara fyra atomer breda och en fosforatom hög. Upphovsman:Purdue University /Sunhee Lee, Hoon Ryu och Gerhard Klimeck
"Driven av halvledarindustrin, datorchipkomponenter krymper kontinuerligt i storlek, vilket möjliggör allt mindre och kraftfullare datorer, " säger Simmons.
"Under de senaste 50 åren har detta paradigm etablerat mikroelektronikindustrin som en av de viktigaste drivkrafterna för global ekonomisk tillväxt. Ett stort fokus för Center of Excellence vid UNSW är att driva denna teknik till nästa nivå för att utveckla ett kiselbaserat kvantum. dator, där enskilda atomer fungerar som de individuella beräkningsenheterna, " hon säger.
"Det kommer att komma ner till tråden. Vi är på tröskeln att göra transistorer av individuella atomer. Men för att bygga en praktisk kvantdator har vi insett att de sammankopplade ledningarna och kretsarna också måste krympa till atomär skala."
Att skapa så små komponenter har blivit möjligt med hjälp av en teknik som kallas skanningstunnelmikroskopi. "Denna teknik tillåter oss inte bara att avbilda enskilda atomer utan också att manipulera dem och placera dem på plats, säger Weber.
