ساخت ترانزیستور تک اتمی

محققانی از دانشگاه صنعتی هلسینکی فنلاند، دانشگاه نیو سات والز استرالیا، و دانشگاه ملبورن استرالیا موفق به ساخت یک ترانزیستور شده‌اند که قسمت فعال آن متشکل از فقط یک اتم منفرد فسفر در داخل سیلیکون است.

محققانی از دانشگاه صنعتی هلسینکی فنلاند، دانشگاه نیو سات والز استرالیا، و
دانشگاه ملبورن استرالیا موفق به ساخت یک ترانزیستور شده‌اند که قسمت فعال آن متشکل
از فقط یک اتم منفرد فسفر در داخل سیلیکون است.

اصول کار این افزاره بر اساس تونل‌زنی پی در پی الکترون‌های منفرد بین اتم فسفر و
پایه‌های منبع و خروجی ترانزیستور است. با کنترل ولتاژ یک الکترود فلزی مجاور که
دارای ضخامت چند ده نانومتری است، می‌توان فرآیند تونل‌زنی را روشن و خاموش کرد.

گسترش سریع رایانه‌ها که باعث به وجود آمدن جامعه اطلاعاتی کنونی شده‌است به طور
اصلی مدیون کاهش اندازه ترانزیستورها است. در ترانزیستوری که اخیراٌ توسعه یافته‌است
تمام جریان الکتریکی از داخل یک اتم منفرد عبور می‌کند. این به ما اجازه می‌دهد تا
اثرات ناشی از اندازه‌های بسیار کوچک ترانزیستور را مطالعه کنیم.
 

مشکلاتی که در حین کوچک‌کردن ابعاد ترانزیستور تا اندازه‌های خیلی ریز ایجاد می‌شود
به خاطر ظهور اثرات مکانیک کوانتومی می‌باشد. از یک طرف، انتظار می‌رود که این
پدیده‌ها باعث ایجاد چالش در رفتار ترانزیستور شوند. از طرف دیگر، رفتارهایی که از
لحاظ کلاسیکی غیرعقلانی هستند، مجاز شمرده می‌شوند و اصولاً این رفتارها می‌توانند
در محاسبات سریع که به محاسبات رایانه‌ای معروف هستند، به خدمت گرفته شوند.

نیروی محرکه‌ای که در پشت اندازه‌گیری‌های گزارش شده قرار دارد؛ ایده استفاده از
درجه آزادی اسپینی یک الکترون اتم فسفرِ دهنده، به عنوان یک بیت کوانتومی (کیوبیت)
است. این محققان برای اولین بار توانستند حالت‌های بالا و پایین اسپینی یک دهنده
منفرد فسفری را در آزمایش‌های خود مشاهده کنند. این یک قدم اساسی در راستای کنترل
این حالت‌ها و در نتیجه به واقعیت تبدیل کردن یک کیوبیت است.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nano Letters منتشر شده‌است.