Un equipo dirigido por la Universidad de Pittsburgh ha creado un transistor de un solo electrón que proporciona un bloque de construcción para nuevos memorias de computadora más potentes, materiales electrónicos avanzados, y los componentes básicos de las computadoras cuánticas.

Los investigadores informan en Nanotecnología de la naturaleza que el componente central del transistor, una isla de sólo 1,5 nanómetros de diámetro, funciona con la adición de sólo uno o dos electrones. Esa capacidad haría que el transistor fuera importante para una variedad de aplicaciones computacionales, desde memorias ultradensas hasta procesadores cuánticos, dispositivos poderosos que prometen resolver problemas tan complejos que todas las computadoras del mundo que trabajan juntas durante miles de millones de años no podrían descifrarlos.

Además, la pequeña isla central podría usarse como un átomo artificial para desarrollar nuevas clases de materiales electrónicos artificiales, como superconductores exóticos con propiedades que no se encuentran en materiales naturales, explicó el investigador principal Jeremy Levy, profesor de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias de Pitt. Levy trabajó con el autor principal y estudiante graduado de física y astronomía de Pitt, Guanglei Cheng, así como con los investigadores de física y astronomía de Pitt, Feng Bi, Daniela Bogorin, y Cheng Cen. Los investigadores de Pitt trabajaron con un equipo de la Universidad de Wisconsin en Madison dirigido por el profesor de ciencia e ingeniería de materiales Chang-Beom Eom. incluidos los asociados de investigación Chung Wun Bark, Parque Jae-Wan, y Chad Folkman. También formaban parte del equipo Gilberto Medeiros-Ribeiro, de HP Labs, y Pablo F. Siles, estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Campinas en Brasil.

Levy y sus colegas llamaron a su dispositivo SketchSET, o transistor de un solo electrón basado en croquis, después de una técnica desarrollada en el laboratorio de Levy en 2008 que funciona como un Etch A SketchTM microscópico, el juguete de dibujo que inspiró la idea. Usando la sonda conductora afilada de un microscopio de fuerza atómica, Levy puede crear dispositivos electrónicos como cables y transistores de dimensiones nanométricas en la interfaz de un cristal de titanato de estroncio y una capa de aluminato de lantano de 1,2 nanómetros de espesor. A continuación, se pueden borrar los dispositivos electrónicos y utilizar de nuevo la interfaz.

El SketchSET, que es el primer transistor de un solo electrón hecho completamente de materiales a base de óxido, consiste en una formación de isla que puede albergar hasta dos electrones. La cantidad de electrones en la isla, que solo puede ser cero, uno, o dos, resulta en propiedades conductoras distintas. Los cables que se extienden desde el transistor transportan electrones adicionales a través de la isla.

Una virtud de un transistor de un solo electrón es su extrema sensibilidad a una carga eléctrica, Levy explicó. Otra propiedad de estos materiales de óxido es la ferroelectricidad, lo que permite que el transistor actúe como una memoria de estado sólido. El estado ferroeléctrico puede, en ausencia de energía externa, controlar la cantidad de electrones en la isla, que a su vez se puede utilizar para representar el estado 1 o 0 de un elemento de memoria. Una memoria de computadora basada en esta propiedad podría retener información incluso cuando el propio procesador está apagado, Dijo Levy. También se espera que el estado ferroeléctrico sea sensible a pequeños cambios de presión a escalas nanométricas, lo que hace que este dispositivo sea potencialmente útil como sensor de fuerza y ​​carga a nanoescala.

Desde agosto de 2010, Levy ha liderado un $ 7.5 millones, proyecto multiinstitucional para construir un semiconductor con propiedades similares a SketchSET, él dijo. Financiado por el programa de Iniciativa de Investigación Multiuniversitaria (MURI) de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU., El esfuerzo de cinco años tiene como objetivo superar algunos de los desafíos más importantes relacionados con el desarrollo de la tecnología de la información cuántica. Levy trabaja en ese proyecto con investigadores de Cornell, Stanford, la Universidad de California en Santa Bárbara, la Universidad de Michigan, y UW-Madison.