Физики построили одноатомный транзистор

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).

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.

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.



Физики впервые провели квантовые облачные вычисления

20 января 2012

Физики запутали два удалённых алмаза

2 декабря 2011

Учёные создали транзисторы из хлопка

28 октября 2011

Американцы создали биопротонный транзистор

23 сентября 2011

Создан квантовый чип с архитектурой фон Неймана

2 сентября 2011
  • Дмитрий Рудый  20 февраля, 20:16
    компьютер на транзисторах?
    ОтветитьНравится
  • Александр Стрелец  20 февраля, 20:21
    типа того
    ОтветитьНравится
  • Имя Фамилия  20 февраля, 20:26
    Ну не на лампах же, ёпт? :-)
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  20 февраля, 20:41
    Дмитрий Рудый 20 февраля, 20:16
    компьютер на транзисторах?
    ---------------------------------------------

    О боже... А на чём же кампутеры пашут? На процессорах я полагаю?

    ОтветитьНравится
  • Александр Стрелец  20 февраля, 20:59
    На дровах по мойму...
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  20 февраля, 21:21
    Ну слава богу... Хоть не на опилках... :))
    ОтветитьНравится
  • Леонид Захаров  20 февраля, 22:16
    Всегда поражает, когда люди пишут на таком ресурсе такие посты. Дмитрий, основная составляющая современного процессора — именно транзисторы, миллионы транзисторов. Для примера, в AMD Phenom около 450 миллионов транзисторов (http://sety.od.ua/amd/66-proc-amd-phenom).
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Рудый  20 февраля, 22:31
    на лампах звук чище
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Рудый  20 февраля, 22:33
    квантовый комп, и опять транзисторы :(
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  20 февраля, 22:41
    Илья Власенко 20 февраля, 20:26
    Ну не на лампах же, ёпт? :-)

    Ван хангрит еарс эгоу...
    В далекой-далекой галактике...
    Физики построили однозеленоквантовый транзистор...
    Эх, а помните, теплый ламп... фосфорный транзистор?.. :)))

    ОтветитьНравится
  • Леонид Захаров  20 февраля, 23:07
    Я даже ради интереса посмотрел и другие процы. В Intel Sandy Brige E (6C) их 2.27 миллиарда (http://www.pckoloji.com/amd-bulldozer-icindeki-transistor-sayisi-800-milyon-azaldi/)
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  20 февраля, 23:12
    Вообще то компьютер возможет на чём угодно что может менять состояние под воздействем некоторой энергии. «входного сигнала».
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  20 февраля, 23:14
    Реле, лампы, транзисторы... сотояния электронов... или чего то ещё не открытого...
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Федотов  20 февраля, 23:33
    уголь рулит !
    ОтветитьНравится
  • Вениамин Китченко  21 февраля, 08:14
    Как вы не видите, это троллинг =)
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заплатин  21 февраля, 17:27
    Блииин! Что вы озадачились нелепо??? Вы думаете, что квантовому процессору положена квантовая же обвязка? Нет, она тоже будет на транзисторах! Только такое мини-мини можно паковать в Квантовый Процессор.
    ОтветитьНравится
  • Олег Сазонов  26 февраля, 20:00
    «на лампах звук чище»

    Не говорите глупостей. На лампах в сотни раз «грязнее», чем на транзисторах.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заплатин  28 февраля, 14:41
    Поддерживаю!
    ОтветитьНравится
  • Александр Жуков  20 февраля, 20:55
    Когда атомы фосфора размещаются настолько близко друг к другу, появляется появляется ещё одно состояние системы, помимо заряда — спин. Между электронами и ядрами существует спиновое взаимодействие, и в кремнии большое время релаксации спина электрона, то есть можно проводить операции не только с зарядом, но и с магнитным моментом движения электрона.
    ОтветитьНравится
  • Александр Стрелец  20 февраля, 21:00
    Думаю не с проста в статье упоминается квантовый компьютер...
    ОтветитьНравится
  • 123 15  20 февраля, 21:29
    Вообще то про единичные атомы на подложке я еще наверное лет двадцать назад в «Науке и жизни» читал. Фирма IBM выложила на подложке название своей фирмы. Туннельным микроскопом. Поэтому то, что «научились» — это как бы уже давно устарело.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  20 февраля, 22:39
    «С точностью до шага решётки..» вот.
    ОтветитьНравится
  • 123 15  21 февраля, 14:18
    Ну там тоже точность была очень и очень приличная. И уж никак нельзя назвать процесс хаотическим. Там надпись была высотой с десяток атомов (точно не помню).
    Я вообще к другому. Очень туго что то идет прогресс в этой области. Ведь разговоры о одноатомных транзисторах начались сразу после изобретения туннельного микроскопа. «Но воз и ныне там». Прогресс есть, но реальное воплощение не приближается.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 февраля, 14:27
    «Хаотический» — относилось к процессу получения именно транзистора, а не просто какого-то атома, лежащего на какой-то подложке. Всё таки в транзисторе обрамляющая структура — сложнее.
    ОтветитьНравится
  • 123 15  21 февраля, 18:07
    Да всё понятно. Но я говорю, что отдельные атомы ложили на свое место ещё 20 лет назад. Это в наш век.
    Процессоры 8088 тогда еще ходившие в компьютерах имели 29000 транзисторов. Изготовить его с помощью туннельного микроскопа было бы намного проще, чем нынешний (2-3 млрд.).
    То, что они наловчились — это пока еще не технология для производства. Это шлифовка и доводка 20-летних технологий.
    Чтоб построить компьютер на таких транзисторах должен быть какой то существенный скачек. А точнее прорыв. А то цель только удаляется. По закону Мура пока еще вроде.
    ОтветитьНравится
  • Василий Коровин  22 февраля, 07:55
    Вот я тоже сразу вспомнил ту фотографию. Только было это не 20, а 25-30 лет назад. Серебром вроде выкладывали.
    ОтветитьНравится
  • 123 15  22 февраля, 14:57
    25-30 лет не может. Я выписывал журнал где-то 89-92 год. Вот где то посередине и есть эта статья. Надпись там была сделана очень ровно. Как матричным принтером.
    Какие тогда рисовались в воображении компьютеры. Два десятилетия прошло, а цель все так же далека. Хотя путь вроде немалый пройден. Наверное эта цель — горизонт :)
    ОтветитьНравится
  • Константин Селезнев  20 февраля, 21:39
    Вот и добрались до предела уменьшения транзистора.
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  20 февраля, 21:41
    Почему же до предела?
    ОтветитьНравится
  • Роман Колтунов  21 февраля, 00:10
    одноатомный же
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  21 февраля, 00:14
    Почему не одноэлектронный? Два состояния, спины то есть... Теоретически ничто не помешает...
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  21 февраля, 00:15
    Правда «дорожки» придётся чемто заменить. Ну это уже «технические проблемы»...
    ОтветитьНравится
  • Роман Колтунов  21 февраля, 01:03
    что-то я не могу представить, как транзистор из одного электрона будет работать с потоком электроном (током)
    ОтветитьНравится
  • Саша Тень  21 февраля, 01:16
    Ну представте поток фотонов как иллюстрацию... :) Вам что то мешает?
    ОтветитьНравится
  • Аристарх Маяков  21 февраля, 12:41
    Вот и добрались до предела уменьшения транзистора. есть еще куда уменьшать — фосфор — не самый маленький атом имеет :-)
    ОтветитьНравится
  • Иван Петров  20 февраля, 21:44
    Главная проблема не в размере транзистора, а в его промышленном производстве. Вот тут-то и возникнут основные проблемы — туннельным микроскопом особо не поштампуешь «камушки».
    Но, как известно, все проблемы рано или поздно решаемы и я надеюсь, что результаты подобных работ не заставят себя ждать.
    ОтветитьНравится
  • Тимур Иванец  20 февраля, 22:07
    кому это вобще нужно?
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  20 февраля, 22:43
    А объясните, плиз, кто сведущ, в чем выигрыш ажно такой миниатюризации самого транзистора, при таких масштабах истока стока и затворов? о_О
    ОтветитьНравится
  • Арсений Иванов  21 февраля, 03:55
    Все бьются над одномолекулярными/одноатомными транзисторами, поскольку использование энергии в таких процессорах будет сверхэффективным — по сути это самый простой путь к ликвидации тепловых потерь.
    ОтветитьНравится
  • ki   20 февраля, 23:50
    Миниатюризация суть будущее микроэлектронники. Сделали транзистор на одном атоме, сделают и дорожки потоньше. А если при этом проявятся интересные эффекты (наверное уже проявились), может и их научатся использовать с толком. А поскольку эффекты квантовые и компьютер выйдет — квантовый :)
    Главное в науке веть не детали, а красивая и эффективная идея, а детали — это уже дело техники.
    ОтветитьНравится
  • Shamil Dzhanbolatov  21 февраля, 15:56
    И программа для такого компьютера — тоже головная боль
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  26 февраля, 00:49
    Мне так казалось, что для современных процессоров квантовые эффекты как раз таки являются головной болью, а не достоинством.
    ОтветитьНравится
  • Владимир Королёв  21 февраля, 10:50
    Выстраивать миллиарды транзисторов таким способом будет очень энергетически невыгодно, необходимо придумать способ их само выстраивания, типа кристаллизации. А Но все это справедливо лишь при очень низких температурах. При более высоких температурах колебание атома повлечет за собой хаотично меняющиеся нелинейные характеристики транзистора.

    Но с другой стороны такие размеры позволят творить чудеса,

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 февраля, 11:11
    Я подозреваю, что до миллиардов транзисторов тут дело не дойдёт. Или дойдёт очень не скоро.

    И проблема не только в самой технологии выстраивания, но и, действительно, в нагреве — данный транзистор работает при криогенных температурах.

    Однако, не в обычной электронике, а в каких-то экзотических схемах, для специализированных задач, может и вправду в квантовом компе, может в спинтронных устройствах, такой транзистор наверняка найдёт применение. А в простых компьютерах — это едва ли.

    ОтветитьНравится
  • Николай Семененко  21 февраля, 11:18
    Хотел бы я посмотреть на АЧХ такой штуки
    ОтветитьНравится
  •   21 февраля, 11:32
    ИМХО конечно, но увидите вы АЧХ контактов
    ОтветитьНравится
  • Николай Семененко  21 февраля, 14:53
    + АЧХ «штуки»
    ОтветитьНравится
  • Shamil Dzhanbolatov  21 февраля, 15:57
    Цифровое устройство — тут важны лишь граничные свойства АЧХ
    ОтветитьНравится
  • Андрей Васильев  21 февраля, 13:37
    Теперь осталось сделать транзистор на кварках! )))
    ОтветитьНравится
  • Shamil Dzhanbolatov  21 февраля, 15:58
    Не, на струнах:-)
    ОтветитьНравится
  • Валера Файрфлаев  25 февраля, 14:17
    нет! на квантовых флуктуациях вакуума! (виртуальных парах) процессора как-бы нет — а он есть! :-D
    ОтветитьНравится
  • Shamil Dzhanbolatov  25 февраля, 15:29
    «нет! на квантовых флуктуациях вакуума! (виртуальных парах) процессора как-бы нет — а он есть! :-D»

    _Это как-бЭ и есть струны (пространство) по одной из теорий.

    ОтветитьНравится