Уменьшая размеры транзистора, основного элемента вычислительных систем, ученые, наконец, достигли того предела, ниже которого опуститься вряд ли уже получится в обозримом будущем. Международная группа ученых из Технологического университета Хельсинки, университета Нового Южного Уэльса и университета Мельбурна успешно завершила ряд научно-исследовательских работ, результатом которых явилось создание полнофункционального транзистора, имеющего размеры равные всего одному атому. Создание такого транзистора дает ученым полигон для новых исследований и изучения явлений, которые впоследствии будут использоваться в быстро развивающейся области квантовых вычислений.
Предыдущий рекорд размера транзистора принадлежал транзистору, сделанному учеными из университета Манчестера, но их транзистор, сделанный из графена, имел размер в десять атомов. Другой миниатюрный транзистор, величиной в один атом, был сделан еще в 2002 году учеными из университета Корнуэлла, но не был полностью функциональным.
Новый одноатомный транзистор работает на явлении квантового туннелирования, когда объект, находящийся на границе квантового барьера, может внезапно пройти через барьер, даже не имея достаточного для этого запаса энергии. На уровне обычного мира вероятность того, что человек, находящийся по одну строну стены, внезапно окажется на другой стороне, равна нулю, на квантовом уровне явление туннелирования является самым распространенным явлением, на основе которого базируются все основные физические и химические процессы.
Одноатомный транзистор использует явление управляемого квантового туннелирования единичных электронов между атомом фосфора, стоком и истоком транзистора, изготовленными из кремния. Управление интенсивностью туннелирования осуществляется с помощью электрического потенциала, присутствующего на близлежащем металлическом электроде, имеющем размеры в несколько десятков нанометров.
Несмотря на то, что размеры активной части транзистора равны всего одному атому, размеры других составляющих, стока, истока и затвора (управляющего электрода) достаточно велики для атомарного масштаба. Поэтому, с использованием нынешних технологий изготовления полупроводников вряд ли получится разместить на кристалле значительно большее количество таких одноатомных транзисторов, чем обычных транзисторов.
Но, ученые объяснили, что целью команды не было создание нового, пусть и самого маленького, транзистора для классической электроники. Ученые рассматривают этот транзистор, как элемент, позволяющий манипулировать квантовыми битами, который станет в будущем сердцем квантового компьютера. Ученым уже удалось, используя этот транзистор, достаточно четко зафиксировать два состояния атома фосфора, обусловленные направлением движения электрона, находящегося на верхнем слое. Эти состояния и будут в дальнейшем определять состояния логической единицы и нуля, которые являются основой двоичной арифметики и вычислительной техники.
Дальнейшие исследования команды ученых будут направлены на получение полного контроля над состоянием атома фосфора, являющегося сердцем одноатомного транзистора. В конечном счет это будет полная реализация квантового бита, который может быть быстро прочитан, записан и сохранен на длительное время.
Источник: dailytechinfo
|
