Este es un transistor de un solo átomo:imagen de microscopio de túnel de barrido en perspectiva 3D de una superficie de silicio hidrogenado. El fósforo se incorporará en las regiones sombreadas en rojo desorbidas selectivamente con una punta STM para formar cables eléctricos para un solo átomo de fósforo con un patrón preciso en el centro. Crédito:Centro ARC de Computación y Comunicación Cuánticas, en UNSW.
En una notable hazaña de microingeniería, Los físicos de la UNSW han creado un transistor funcional que consta de un solo átomo colocado con precisión en un cristal de silicio.
El diminuto dispositivo electrónico, descrito hoy en un artículo publicado en la revista Nanotecnología de la naturaleza , utiliza como componente activo un átomo de fósforo individual modelado entre electrodos de escala atómica y puertas de control electrostático.
Esta precisión atómica sin precedentes puede producir el bloque de construcción elemental para una futura computadora cuántica con una eficiencia computacional incomparable.
Hasta ahora, Los transistores de un solo átomo se han realizado solo por casualidad, donde los investigadores han tenido que buscar a través de muchos dispositivos o sintonizar dispositivos de múltiples átomos para aislar uno que funciona.
"Pero este dispositivo es perfecto", dice la profesora Michelle Simmons, líder de grupo y director del Centro ARC de Computación y Comunicación Cuántica en UNSW. "Esta es la primera vez que alguien ha demostrado el control de un solo átomo en un sustrato con este nivel de precisión".
El dispositivo microscópico incluso tiene pequeños marcadores visibles grabados en su superficie para que los investigadores puedan conectar contactos metálicos y aplicar voltaje. dice el investigador y autor principal, el Dr. Martin Fuechsle de UNSW.
"Nuestro grupo ha demostrado que es realmente posible colocar un átomo de fósforo en un entorno de silicio, exactamente como lo necesitamos, con una precisión casi atómica, y al mismo tiempo registrar puertas, " él dice.
El dispositivo también es notable, dice el Dr. Fuechsle, debido a que sus características electrónicas coinciden exactamente con las predicciones teóricas realizadas con el grupo del profesor Gerhard Klimeck en la Universidad Purdue en los Estados Unidos y el grupo del profesor Hollenberg en la Universidad de Melbourne, los coautores del artículo.
El equipo de la UNSW utilizó un microscopio de efecto túnel (STM) para ver y manipular los átomos en la superficie del cristal dentro de una cámara de vacío ultra alto. Mediante un proceso litográfico, modelaron átomos de fósforo en dispositivos funcionales en el cristal y luego los cubrieron con una capa no reactiva de hidrógeno.
Los átomos de hidrógeno se eliminaron selectivamente en regiones definidas con precisión con la punta de metal superfina del STM. Luego, una reacción química controlada incorporó átomos de fósforo en la superficie del silicio.
Finalmente, la estructura se encapsuló con una capa de silicio y el dispositivo se puso en contacto eléctricamente utilizando un intrincado sistema de marcadores de alineación en el chip de silicio para alinear las conexiones metálicas. Las propiedades electrónicas del dispositivo estaban en excelente acuerdo con las predicciones teóricas para un solo transistor de átomo de fósforo.
Se predice que los transistores alcanzarán el nivel de un solo átomo alrededor de 2020 para seguir el ritmo de la Ley de Moore, que describe una tendencia en curso en el hardware de las computadoras que hace que el número de componentes del chip se duplique cada 18 meses.
Este gran avance ha desarrollado la tecnología para hacerlo posible mucho antes de lo previsto y brinda información valiosa a los fabricantes sobre cómo se comportarán los dispositivos una vez que alcancen el límite atómico. dice el profesor Simmons.
