一旦無法想像，僅由幾個原子簇甚至單個原子組成的電晶體就有望成為具有無與倫比的存儲和處理能力的新一代計算機的基礎。但是，要實現這些微型電晶體（微型電子開關）的全部潛力，研究人員必須找到一種方法來製作這些眾所周知難以製造的組件的許多副本。
現在，美國國家標準技術研究院（NIST）的研究人員及其馬裡蘭大學的同事們已經逐步開發出配方，以生產原子級裝置。使用這些說明，由NIST領導的團隊已成為世界上第二個構建單原子電晶體的團隊，並且是第一個製造對器件的幾何尺寸進行原子級控制的單電子電晶體的團隊。
科學家證明，他們可以精確地調整單個電子流過其電晶體中的物理間隙或電障的速度，即使經典物理學會因為缺乏足夠的能量而禁止電子這樣做。這種嚴格的量子現象（稱為量子隧穿）僅在間隙極小時（例如在微型電晶體中）才變得重要。精確控制量子隧穿是關鍵，因為它使電晶體能夠以僅通過量子力學可能的方式「糾纏」或互連，並為創建可用於量子計算的量子位（qubit）開闢了新的可能性。
為了製造單原子和少原子的電晶體，該團隊依靠一種已知的技術，即在矽晶片上覆蓋一層容易與矽結合的氫原子。然後，掃描隧道顯微鏡的細小尖端去除了選定位置的氫原子。剩餘的氫起到了屏障的作用，因此當研究小組將磷化氫氣體（PH 3）引導到矽表面時，單個PH 3分子僅附著在氫被去除的位置（參見動畫）。然後研究人員加熱了矽表面。熱從PH 3噴出的氫原子並使殘留的磷原子嵌入表面。通過額外的處理，鍵合的磷原子為一系列可能用作量子位的高度穩定的單原子或少數原子裝置奠定了基礎。
NIST研究人員Richard認為，由NIST小組設計的方法中的兩個步驟-將磷原子與矽的保護層密封，然後與嵌入的原子進行電接觸-對於可靠地製造許多原子精確的設備副本來說似乎至關重要。銀說。
過去，研究人員通常在所有矽層都生長時施加熱量，以消除缺陷並確保矽具有將單原子器件與常規矽晶片電子組件集成在一起所需的純晶體結構。但是NIST的科學家發現，這種加熱可能會使結合的磷原子脫落，並可能破壞原子級裝置的結構。取而代之的是，研究小組在室溫下沉積了前幾個矽層，從而使磷原子得以保留。只有在隨後的層被沉積時，團隊才施加熱量。
Silver說：「我們相信我們的層塗覆方法可以提供更穩定和精確的原子級設備。」 甚至沒有單個原子都可以改變具有單個或小的原子簇的電子組件的電導率和其他屬性。
該團隊還開發了一種新技術，用於與埋藏原子進行電接觸的關鍵步驟，從而使它們可以作為電路的一部分運行。NIST的科學家們輕輕地加熱了一層鈀金屬，該金屬層施加在矽表面特定區域上，該區域直接位於嵌入式矽器件的選定組件上方。加熱的鈀與矽發生反應，形成稱為矽化鈀的導電合金，該合金自然穿透矽並與磷原子接觸。
在最新一版的《高級功能材料》中，Silver及其同事（包括王希喬，喬納森·懷裡克，麥可·斯圖爾特小和庫特·裡希特）強調，他們的聯繫方式成功率接近100％。威裡克指出，這是一項關鍵成就。他說：「您可以擁有世界上最好的單原子電晶體器件，但是如果您不能與之接觸，那就沒用了。」
Richter說，製造單原子電晶體「是一個困難而複雜的過程，也許每個人都必須咬牙切齒，但是我們已經制定了步驟，這樣其他團隊就不必再試一試了。」
在今天發表在《通信物理學》上的相關工作中，西爾弗和他的同事們證明了他們可以精確地控制單個電子穿過單電子電晶體中原子精確的隧道勢壘的速率。NIST的研究人員和他們的同事製造了一系列單電子電晶體，除了隧穿間隙的大小不同外，它們在各個方面都相同。對電流的測量表明，通過將電晶體組件之間的間隙增加或減小不到納米（十億分之一米），該團隊可以以可預測的方式精確地控制單個電子通過電晶體的流動。
懷裡克說：「由於量子隧穿對於任何量子器件都至關重要，包括量子位的構造，因此一次控制一個電子流的能力是一項重大成就。」 此外，隨著工程師在微型計算機晶片上封裝越來越多的電路並且組件之間的間隙不斷縮小，理解和控制量子隧穿的影響將變得更加關鍵，Richter說。