Транзистор из семи атомов

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 10 июня 2010 года

Группа австралийских учёных объявила о создании транзистора – "квантовой точки", состоящей из семи атомов. Это не самый маленький в мире транзистор – ещё два года назад в лаборатории Мичиганского технологического университета была построена действующая модель транзистора из одной-единственной молекулы. Тем не менее, новая конструкция гораздо ближе к серийному полупроводниковому переключателю, чем просто к результату одного из множества экспериментов.

Транзистор – основа современной микроэлектроники. Напомним, что это полупроводниковый прибор, позволяющий управлять током в электрической цепи при помощи входных сигналов – напряжения или тока. В интегральных схемах транзистор выполняет, в основном, функции переключателя. На типичной микросхеме сегодня размещаются миллиарды металлооксидных полупроводников (МОП или MOSFET), причём согласно знаменитому закону Мура, это число удваивается каждые два года. Пока это наблюдение одного из создателей Intel остаётся в силе, но по словам самого Гордона Мура, в самом ближайшем будущем оно перестанет действовать из-за перехода технологии на атомный и суб-атомный уровень, где правят бал законы микромира – квантовой физики.

Достижение группы исследователей из австралийских университетов Нового Южного Уэльса и Висконсина в Мэдисоне заключается в том, что им удалось заменить семь атомов кремния в кристалле на атомы фосфора. По словам профессора Мишель Симмонс, директора Центра квантовой вычислительной техники (CQCT) университета Нового Южного Уэльса, учёным удалось продемонстрировать первое в мире электронное устройство, созданного из отдельных атомов. Она подчеркнула, что важность этого опыта заключается в том, что теперь учёные могут не просто манипулировать атомами или наблюдать их в микроскоп, а размещать их с атомной точностью в необходимых местах чтобы получить действующий электронный прибор.

При этом если в серийных микросхемах ширина затвор транзистора составляет, в среднем, около 40 нанометров (нм, одна миллиардная часть метра), то в модели CQCT его ширина в десять раз меньше – всего 10 нм. Если найти способ производства всей микросхемы с применением этой технологии, можно размещать на них компоненты, в сотню раз меньшие по габаритам, чем современные. К сожалению, пока это нереально: опытный образец был собран практически вручную – с применением сканирующего туннельного микроскопа (СТМ).

Любопытно, что СТМ изначально создавался только для наблюдения за отдельными атомами, но в процессе эксплуатации выяснилось, что им можно пользоваться и для их перемещения. Дело в том, что при превышении рабочего напряжения в процессе туннелирования отдельные атомы изучаемого вещества могут перескакивать на зондирующую иглу, на которой их можно перенести в другое место и "сбросить", понизив напряжение. Именно так в 1990 году поступили сотрудники IBM, выложив название своей фирмы атомами ксенона на никелевой пластине. Практическое применение этой технологии, как видим, нашлось лишь спустя двадцать лет.

Появление таких разработок, как атомные транзисторы, – прямой путь к созданию квантового компьютера, который благодаря принципу квантового параллелизма сможет превзойти по производительности все существующие суперкомпьютеры мира. "Компьютерра" неоднократно писала про квантовые компьютеры, так что не будем повторяться и отошлём интересующихся подробностями к нашим предыдущим материалам здесь и здесь. Устройство, работающее буквально со скоростью света, пока всё ещё остаётся дорогостоящей игрушкой для учёных, но работы, подобные этой, приближают тот момент, когда квантовый компьютер станет самым обычным электронным прибором вроде ноутбука или карманного коммуникатора.