Vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT), fysiker professor Thomas Schimmel och hans team har utvecklat en enatoms transistor, den minsta transistorn som finns. Denna kvantelektronikkomponent växlar elektrisk ström genom kontrollerad ompositionering av en enda atom, nu även i fast tillstånd i en gelelektrolyt. Enatomstransistorn arbetar vid rumstemperatur och förbrukar mycket lite energi, vilket öppnar helt nya perspektiv för informationsteknologin. Transistorn presenteras i Avancerade material .

Digitaliseringen ger en hög energiförbrukning. I industrialiserade länder, informationsteknologi har för närvarande en andel på mer än 10 % av den totala energiförbrukningen. Transistorn är det centrala elementet i digital databehandling i datorcentra, datorer, smartphones, eller i inbyggda system för många applikationer från tvättmaskinen till flygplanet. Ett kommersiellt tillgängligt billigt USB-minne innehåller redan flera miljarder transistorer. I framtiden, enkelatomstransistorn som utvecklats av professor Thomas Schimmel och hans team vid Institute of Applied Physics (APH) vid KIT kan avsevärt förbättra energieffektiviteten inom informationsteknologi. "Detta kvantelektronikelement möjliggör omkopplingsenergier som är mindre än de för konventionella kiselteknologier med en faktor 10, 000, " säger fysiker och nanoteknikexpert Schimmel, som bedriver forskning vid APH, Institutet för nanoteknik (INT), och Material Research Center for Energy Systems (MZE) av KIT. Tidigare i år, Professor Schimmel, som anses vara pionjären inom enatomselektronik, utsågs till meddirektör för Center for Single-Atom Electronics and Photonics som inrättats gemensamt av KIT och ETH Zürich.

I Avancerade material , KIT-forskarna presenterar transistorn som når gränserna för miniatyrisering. Forskarna producerade två minuters metalliska kontakter. Mellan dem, det finns ett gap lika brett som en enda metallatom. "Med en elektrisk kontrollpuls, vi placerar en enda silveratom i detta gap och stänger kretsen, Professor Thomas Schimmel förklarar. "När silveratomen tas bort igen, kretsen är avbruten." Världens minsta transistor växlar ström genom den kontrollerade reversibla rörelsen av en enda atom. I motsats till konventionella kvantelektronikkomponenter, enkelatomstransistorn fungerar inte bara vid extremt låga temperaturer nära absolut noll, dvs -273°C, men redan i rumstemperatur. Detta är en stor fördel för framtida applikationer.

Enatomstransistorn är baserad på ett helt nytt tekniskt tillvägagångssätt. Transistorn består uteslutande av metall, inga halvledare används. Detta resulterar i extremt låga elektriska spänningar och, därav, en extremt låg energiförbrukning. Än så länge, KIT:s enatomstransistor har applicerat en flytande elektrolyt. Nu, Thomas Schimmel och hans team har designat en transistor som fungerar i en solid elektrolyt. Gelelektrolyten som framställs genom att ge en vattenhaltig silverelektrolyt med pyrogen kiseldioxid kombinerar fördelarna med ett fast ämne med de elektrokemiska egenskaperna hos en vätska. På det här sättet, både säkerhet och hantering av enatomstransistorn förbättras.