I en anmärkningsvärd bedrift av mikroteknik, UNSW -fysiker har skapat en fungerande transistor som består av en enda atom placerad exakt i en kiselkristall.

Den lilla elektroniska enheten, beskrivs idag i en artikel publicerad i tidningen Naturnanoteknik , använder som sin aktiva komponent en individuell fosforatom mönstrad mellan elektroder i atomskala och elektrostatiska styrportar.

Denna aldrig tidigare skådade atomnoggrannhet kan ge den grundläggande byggstenen för en framtida kvantdator med oöverträffad beräkningseffektivitet.

Tills nu, enkelatomtransistorer har realiserats endast av en slump, där forskare antingen har behövt söka igenom många enheter eller ställa in enheter med flera atomer för att isolera en som fungerar.

"Men den här enheten är perfekt", säger professor Michelle Simmons, gruppledare och chef för ARC Center for Quantum Computation and Communication på UNSW. "Detta är första gången någon har visat kontroll över en enda atom i ett substrat med denna nivå av exakt noggrannhet."

Den mikroskopiska enheten har till och med små synliga markörer etsade på ytan så att forskare kan ansluta metallkontakter och tillföra en spänning, säger forskare och huvudförfattare Dr Martin Fuechsle från UNSW.

"Vår grupp har bevisat att det verkligen är möjligt att placera en fosforatom i en kiselmiljö - exakt som vi behöver det - med nära atomisk precision, och samtidigt registrera grindar, " han säger.

Enheten är också anmärkningsvärd, säger Dr Fuechsle, eftersom dess elektroniska egenskaper exakt matchar teoretiska förutsägelser som gjorts med professor Gerhard Klimecks grupp vid Purdue University i USA och professor Hollenbergs grupp vid University of Melbourne, de gemensamma författarna på tidningen.

UNSW-teamet använde ett skanningstunnelmikroskop (STM) för att se och manipulera atomer vid kristallens yta inuti en ultrahög vakuumkammare. Med hjälp av en litografisk process, de mönstrade fosforatomer till funktionella enheter på kristallen och täckte dem sedan med ett icke-reaktivt lager av väte.

Väteatomer avlägsnades selektivt i exakt definierade regioner med STM:s superfina metallspets. En kontrollerad kemisk reaktion införlivade sedan fosforatomer i kiselytan.

Till sist, strukturen inkapslades med ett kiselskikt och enheten kontaktades elektriskt med hjälp av ett invecklat system med inriktningsmarkörer på kiselchipet för att anpassa metalliska anslutningar. Enhetens elektroniska egenskaper överensstämde utmärkt med teoretiska förutsägelser för en enda fosforatomtransistor.

Det förutspås att transistorer kommer att nå single-atomnivån cirka 2020 för att hålla jämna steg med Moores lag, som beskriver en pågående trend inom datorhårdvara som ser att antalet chipkomponenter fördubblas var 18:e månad.

Detta stora framsteg har utvecklat tekniken för att göra detta möjligt långt före schemat och ger värdefull insikt till tillverkarna om hur enheter kommer att bete sig när de når atomgränsen, säger professor Simmons.