Transistorer är en av de viktigaste enheterna inom elektronik och ligger i kärnan i modern datoranvändning. Den progressiva miniatyriseringen av transistorer närmar sig snabbt atomvågen, där även den minsta ofullkomligheten kan ha en betydande effekt på prestanda. Keiji Ono och kollegor från RIKEN Lågtemperaturfysiklaboratorium har nu utvecklat en metod för att mäta de operativa egenskaperna hos en-atom "quantum dot" -transistorer utan påverkan av omgivande brister.

När ett rent material implanteras med isolerade atomer av ett annat element, orenhetsatomen kan bete sig som en kvantpunkt, med egenskaper som skiljer sig mycket från värdmatrisen. Kvantprickar kan utgöra grunden för transistordrift - slå på eller av en utgång, beroende på ingångens tillstånd - och kan underlätta transporten av elektroner genom transistorn även när elektrontransport genom det omgivande materialet, vanligtvis kisel, är blockerad. I denna konfiguration, medan alla elektroner passerar genom kvantpunkten, de kan bara göra det en i taget. Detta gör de kvantfysiska egenskaperna hos kvantprickarna dominerande i transistorns drift, producerar en karakteristisk diamantform i det uppmätta ström -spänningsförhållandet.

Enkel elektrontransport genom transistorn, dock, är mycket känslig för yttre störningar. Föroreningar i andra delar av transistorn kan orsaka lösa elektriska fält som fungerar som kvantpunkter och därmed påverka transistorns elektriska beteende och diamantformens utseende i de elektriska kurvorna.

För att motverka sådana effekter, Ono och hans kollegor utvecklade en mätteknik som gör det möjligt för dem att kvantifiera effekterna av dessa "vilsna" kvantprickar så att de sanna egenskaperna hos huvudkvantpunkten kan isoleras. Metoden är baserad på mätningar av transistorns prestanda vid olika elektriska spänningar, som analyseras med hjälp av en elektrontransportmodell som innehåller de elektriska effekterna av ströande kvantpunkter. Bland många användningsområden, denna information hjälper forskare att förstå vilka spänningar som måste appliceras på transistorerna för att optimera en-elektrontransportregimen.

Även om kvantegenskaperna för elektrontransport genom kvantpunktstransistorer bara visas vid låga temperaturer, förståelse av de involverade processerna är också viktigt för optimering av vanliga transistorer vid rumstemperatur, som är kända för att påverkas av förekomsten av enstaka defekter i transistorkanalen, säger Ono. "Vi vet ganska mycket om kvantprickar. Att tillämpa kvantprickfysik på kommersiella transistorer är utmanande men kan ha mycket användbara konsekvenser."