poniedziałek, 28 listopada
Shadow

Tranzystor jedno atomowy

Tranzystory początkowo były dużymi elementami, jednak z rozwojem techniki zmniejszały swoje wymiary.

Obecnie badacze z National Institute of Standards and Technology (NIST) i ich koledzy z University of Maryland opracowali krok po kroku przepis na produkcję urządzeń w skali atomowej. Korzystając z tych instrukcji, zespół pod przewodnictwem NIST stał się drugim na świecie, który skonstruował tranzystor jednoatomowy, a pierwszym, który wyprodukował serię tranzystorów z pojedynczym elektronem z kontrolą atomów w skali geometrycznej.

jedno atomowy tranzystor

Naukowcy wykazali, że mogą precyzyjnie regulować szybkość, z jaką poszczególne elektrony przepływają przez fizyczną szczelinę lub barierę elektryczną w tranzystorze – nawet jeśli fizyka klasyczna zabraniałaby elektronom tego, ponieważ brakuje im wystarczającej energii. To ściśle kwantowe zjawisko , znane jako tunelowanie kwantowe , staje się ważne tylko wtedy, gdy szczeliny są bardzo małe, na przykład w miniaturowych tranzystorach. Precyzyjna kontrola nad tunelowaniem kwantowym jest kluczowa, ponieważ umożliwia tranzystorom „zaplątanie się” lub połączenie w sposób możliwy tylko dzięki mechanice kwantowej i otwiera nowe możliwości tworzenia bitów kwantowych (kubitów), które można by zastosować w obliczeniach kwantowych.

Aby wyprodukować tranzystory jedno- i małoatomowe, zespół polegał na znanej technice, w której chip krzemowy jest pokryty warstwą atomów wodoru, które łatwo wiążą się z krzemem. Drobna końcówka skaningowego mikroskopu tunelowego następnie usunęła atomy wodoru w wybranych miejscach. Pozostały wodór działał jako bariera, więc gdy zespół skierował gaz fosfiny (PH 3 ) na powierzchnię krzemu, pojedyncze cząsteczki PH 3 przyłączały się tylko do miejsc, w których wodór został usunięty (patrz animacja). Następnie naukowcy ogrzali powierzchnię krzemu. Ciepło wyrzucało atomy wodoru z PH 3i spowodował, że pozostawiony atom fosforu osadził się na powierzchni. Dzięki dodatkowemu przetwarzaniu związane atomy fosforu stworzyły podstawę serii wysoce stabilnych jedno- lub kilkuatomowych urządzeń, które mogą potencjalnie służyć jako kubity.

Wydaje się, że dwa etapy metody opracowanej przez zespoły NIST – uszczelnienie atomów fosforu ochronnymi warstwami krzemu, a następnie kontakt elektryczny z osadzonymi atomami – były niezbędne do niezawodnego wytworzenia wielu kopii precyzyjnych atomowo urządzeń, badacz NIST Richard Silver powiedział.

W przeszłości badacze zwykle stosowali ciepło, gdy wszystkie warstwy krzemu są hodowane, aby usunąć defekty i upewnić się, że krzem ma czystą krystaliczną strukturę wymaganą do zintegrowania urządzeń jednoatomowych z konwencjonalnymi komponentami elektrycznymi z chipem krzemowym . Ale naukowcy z NIST odkryli, że takie ogrzewanie może usunąć związane atomy fosforu i potencjalnie zakłócić strukturę urządzeń w skali atomowej. Zamiast tego zespół osadził kilka pierwszych warstw krzemu w temperaturze pokojowej, pozwalając atomom fosforu pozostać na swoim miejscu. Dopiero po nałożeniu kolejnych warstw zespół zastosował ciepło.

Źródło: https://phys.org/news/2020-05-scientists-recipe-single-atom-transistors.html oraz https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201903475

5/5 - (1 ocena/y)

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.