(a) Imagem colorida do microscópio eletrônico de varredura do dispositivo medido. A porta superior de alumínio é usada para induzir uma camada de elétrons bidimensional na interface silício-óxido de silício abaixo da metalização. O portão de barreira está parcialmente abaixo do portão superior e esgota a camada de elétrons na vizinhança dos doadores de fósforo (as esferas vermelhas adicionadas à imagem original). A porta de barreira também pode ser usada para controlar a condutividade do dispositivo. Todas as portas de barreira na figura formam seus próprios transistores individuais. (b) Condutância diferencial medida através do dispositivo no campo magnético de 4 Tesla. As esferas vermelha e amarela ilustram os estados de spin-down e-up de um elétron doador que induzem as linhas de alta condutividade claramente visíveis na figura.
(PhysOrg.com) - Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Helsinque (Finlândia), Universidade de New South Wales (Austrália), e a Universidade de Melbourne (Austrália) conseguiram construir um transistor funcional, cuja região ativa é composta por apenas um único átomo de fósforo no silício. Os resultados acabam de ser publicados em Nano Letras .
Os princípios de funcionamento do dispositivo baseiam-se no tunelamento sequencial de elétrons únicos entre o átomo de fósforo e a fonte e o dreno do transistor. O tunelamento pode ser suprimido ou permitido controlando a voltagem em um eletrodo de metal próximo com uma largura de algumas dezenas de nanômetros.
O rápido desenvolvimento de computadores, que criou a atual sociedade da informação, baseou-se principalmente na redução do tamanho dos transistores. Já sabemos há muito tempo que esse desenvolvimento terá de desacelerar criticamente durante as décadas futuras, quando o encapsulamento ainda mais barato dos transistores exigiria que eles encolhessem até as escalas de comprimento atômico. No transistor desenvolvido recentemente, toda a corrente elétrica passa pelo mesmo átomo. Isso nos permite estudar os efeitos decorrentes do limite extremo do tamanho do transistor.
“Cerca de meio ano atrás, Eu e um dos líderes desta pesquisa, Prof. Andrew Dzurak, foram questionados quando esperamos que um transistor de um átomo seja fabricado. Nós olhamos um para o outro, sorriu, e disse que já fizemos isso ”, diz o Dr. Mikko Möttönen. "Na verdade, nosso objetivo não era construir o menor transistor para um computador clássico, mas um bit quântico que seria o coração de um computador quântico que está sendo desenvolvido mundialmente ”, ele continua.
Os problemas que surgem quando o tamanho de um transistor é reduzido em direção ao limite final são devidos ao surgimento dos chamados efeitos da mecânica quântica. Por um lado, espera-se que esses fenômenos desafiem a operação usual do transistor. Por outro lado, eles permitem um comportamento classicamente irracional que pode, em princípio, ser aproveitado para uma computação conceitualmente mais eficiente, Computação quântica.
A força motriz por trás das medições relatadas agora é a ideia de utilizar o grau de liberdade de spin de um elétron do doador de fósforo como um bit quântico, um qubit. Os pesquisadores foram capazes de observar em seus experimentos estados de spin para cima e para baixo para um único doador de fósforo pela primeira vez. Este é um passo crucial para o controle desses estados, isso é, a realização de um qubit.
Mais Informações: Artigo de pesquisa original foi publicado em Nano Letras em 1º de dezembro, 2009:Espectroscopia de transporte de doadores de fósforo em um transistor de nanoescala de silício, Kuan Yen Tan, Kok Wai Chan, Mikko Möttönen, Andrea Morello, Changyi Yang, Jessica van Donkelaar, Andrew Alves, Juha-Matti Pirkkalainen, David N. Jamieson, Robert G. Clark, e Andrew S. Dzurak, Nano Lett. , Artigo ASAP, DOI:10.1021 / nl901635j
Fornecido pela Helsinki University of Technology
