Физики построили одноатомный транзистор

Активный элемент устройства – единственный атом фосфора, с беспрецедентной аккуратностью размещённый в нужной позиции на кристалле кремния. Авторы транзистора полагают, что он может стать строительным блоком будущего квантового компьютера.

Снимок кремниевой подложки, полученный при помощи сканирующего туннельного микроскопа. Розовым показаны атомы фосфора, ключевой атом – собственно транзистор, виден в центре (фото ARC Centre for Quantum Computation and Communication at UNSW).

Учёные из университета Нового Южного Уэльса рассказывают, что другим научным группам уже удавалось получать одноатомные транзисторы, но только в ходе случайных процессов или при построении целого ансамбля из атомов на подложках и их дальнейшего перебора с целью поиска работающих экземпляров.

В нынешнем же эксперименте транзистор из одного атома был построен намеренно и сразу. Всё благодаря тому, что исследователи наловчились при помощи сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) помещать единичный атом в нужную точку подложки.

«Это устройство совершенно, — говорит глава группы разработчиков Мишель Симмонс (Michelle Simmons). — В первый раз кто-либо показал контроль за одним атомом в субстрате с таким уровнем точности».

Ключом к успеху оказалось сочетание возможностей СТМ с принципами литографии. Учёные последовательно наносили на подложку атомы фосфора и водорода, а затем наконечником СТМ удаляли водород в точно очерченных местах. Далее в ходе контролируемой химической реакции фосфор соединялся с атомами кремния.

В результате появлялся сложный атомарный рисунок с контактами «исток», «сток», а также «затвором». В центре же главное действующее лицо — тот самый атом, имплантированный в поверхность кремния с точностью до одного шага кристаллической решётки.

a) Перспективное изображение с СТМ. Видны исток (S), сток (D) и затворы (G1, G2). b) Увеличенный центральный регион, отмеченный пунктиром на снимке (a). Яркая точка в центре – выброшенный атом кремния, который был вытеснен атомом фосфора, имплантированным в поверхность подложки (фото Martin Fuechsle et al./ Nature Nanotechnology).

По информации PhysOrg.com, при помощи системы последовательных визуальных маркеров австралийцы смогли подвести к транзистору металлические контакты и измерить параметры работы устройства.

Подробности опыта можно найти в статье в Nature Nanotechnology.

Добавим, что это достижение – развитие работы 2010 года, в ходе которой был продемонстрирован транзистор из семи атомов.