Los transistores son uno de los dispositivos más importantes de la electrónica y se encuentran en el corazón de la informática moderna. La miniaturización progresiva de los transistores se está acercando rápidamente a la escala atómica, donde incluso la más mínima imperfección puede tener un efecto significativo en el rendimiento. Keiji Ono y sus colegas del Laboratorio de Física de Baja Temperatura RIKEN han desarrollado un método para medir las características operativas de los transistores de 'punto cuántico' de un solo átomo sin la influencia de las imperfecciones circundantes.

Cuando un material puro se implanta con átomos aislados de otro elemento, el átomo de impureza puede comportarse como un punto cuántico, con propiedades bastante diferentes a su matriz anfitriona. Los puntos cuánticos pueden formar la base del funcionamiento del transistor:encender o apagar una salida, dependiendo del estado de una entrada, y puede facilitar el transporte de electrones a través del transistor incluso cuando el transporte de electrones a través del material circundante, generalmente silicio, está bloqueado. En esta configuración, mientras que todos los electrones pasan por el punto cuántico, solo pueden hacerlo de uno en uno. Esto hace que las propiedades físicas cuánticas de los puntos cuánticos sean dominantes en la operación del transistor, produciendo una forma de diamante característica en la relación corriente-voltaje medida.

Transporte de un solo electrón a través del transistor, sin embargo, es muy sensible a las perturbaciones externas. Las impurezas en otras partes del transistor pueden causar campos eléctricos dispersos que actúan como puntos cuánticos y, por lo tanto, influyen en el comportamiento eléctrico del transistor y en la apariencia de la forma de diamante en las curvas eléctricas.

Para contrarrestar tales efectos, Ono y sus colegas desarrollaron una técnica de medición que les permite cuantificar los efectos de estos puntos cuánticos 'extraviados' para poder aislar las verdaderas propiedades del punto cuántico principal. El método se basa en mediciones del rendimiento del transistor a varios voltajes eléctricos, que se analizan utilizando un modelo de transporte de electrones que incorpora los efectos eléctricos de los puntos cuánticos extraviados. Entre muchos usos, esta información ayuda a los investigadores a comprender qué voltajes deben aplicarse a los transistores para optimizar el régimen de transporte de un solo electrón.

Aunque las propiedades cuánticas del transporte de electrones a través de transistores de puntos cuánticos solo aparecen a bajas temperaturas, comprender los procesos involucrados también es importante para la optimización de transistores regulares a temperatura ambiente, que se sabe que se ven afectados por la presencia de defectos únicos en el canal del transistor, dice Ono. "Sabemos bastante sobre puntos cuánticos. Aplicar la física de puntos cuánticos a transistores comerciales es un desafío, pero podría tener implicaciones muy útiles".