世界最小電晶體問世:僅由7個原子構成

2020-12-04 中華人民共和國科學技術部

    據物理學家組織網報導,美國與澳大利亞科學家成功製造出世界上最小的電晶體——由7個原子在單晶矽表面構成的一個「量子點」,標誌著我們向計算能力的新時代邁出了重要一步。

    量子點(quantum dot)是納米大小的發光晶體,有時也被稱為「人造原子」。雖然這個量子點非常小,長度只有十億分之四米,但卻是一臺功能健全的電子設備,也是世界上第一臺用原子故意造出來的電子設備。它不僅能用於調節和控制像商業電晶體這樣的設備的電流,而且標誌著我們向原子刻度小型化和超高速、超強大電腦新時代邁出的重要一步。

    澳大利亞新南威爾斯大學量子電腦技術中心(CQCT)和美國威斯康星大學麥迪遜分校研究人員組成的一個聯合小組在最新一期的《自然—納米技術》(Nature Nanotechnology)雜誌上詳細描述了這一發現。參與這項研究的量子電腦技術中心主任米歇爾·西蒙斯(Michelle Simmons)教授說:「這項成就的重要性在於,我們不是令原子活動或是在顯微鏡下觀測原子,而是操縱單個原子,以原子精度將其置於表面,以製造能工作的電子設備。」

    「澳大利亞研究小組已可以完全利用晶體矽製造電子設備,我們在晶體矽上面用磷原子替換了7個矽原子,並達到了驚人的精確度。這是重大的科技成就,是表明製造『終極電腦』(用矽原子製造的量子電腦)可行性的關鍵一步。」將原子置於某個物體表面的技術——掃描隧穿顯微鏡——已問世二十年之久。在此之前,沒人能利用該技術去製造原子精度的電子設備,然後令其處理來自微觀世界的電子輸入。

    西蒙斯教授說:「電子設備究竟能有多小?我們正在驗證它的極限。澳大利亞的第一臺電腦在1949年上市,它佔據了整個房間,你只能用手拿著零部件。今天,你可以將電腦放在手掌上,許多零部件的直徑甚至只是一根頭髮直徑的千分之一。」

    「現在我們已經展示了世界上第一臺用矽材料在原子刻度下系統性製造的電子設備。這不僅對電腦用戶具有特別的意義,對所有澳大利亞人來說都極為重要。過去50年來,電子設備小型化一直是驅動全球經濟生產率快速增長的關鍵因素。我們的研究表明,這個進程仍可以繼續。」

    美澳聯合研究小組的主要目標是用矽原子製造量子電腦,澳大利亞人在該領域擁有獨一無二的人力資源,同時處於世界領先地位。這臺新電子裝置表明,實現設備在原子刻度下製造和測量的技術已經開始來臨。

    目前,商業電晶體閘極(transistor gate,該裝置可令電晶體充當電流的放大器或開關)的長度約為40納米(1納米相當於十億分之一米),量子電腦技術中心的研究團隊正在開發長度僅為0.4納米的設備。

    西蒙斯教授指出,20年前,唐·艾格勒(Don Eigler)和埃哈德·施魏策爾(Erhard Schweizer)在IBM公司的阿爾馬登研究中心,用氙原子造出了IBM公司的標識,這也是當時世界上最小的標識。二人利用一臺掃描隧穿顯微鏡,將35個氙原子置於鎳表面,拼出了「IBM」三個字母。

    艾格勒和施魏策爾的研究論文發表於《自然》雜誌上,他們寫道:「設備小型化的基本原理是顯而易見的」。二人在最後總結說:「原子刻度的邏輯電路和其他設備的前景距離我們有些遙遠。」西蒙斯教授說:「當時看似遙遠的事情如今變成了現實。我們利用這種顯微鏡不僅可以觀測或熟練操作原子,還能用7個原子製造原子精度的設備,令其在真實的環境中工作。」

相關焦點

  • 世界最小電晶體問世僅1個原子厚10個原子寬
    北京時間4月21日消息,據美國連線雜誌報導,目前,英國研究人員研製世界上最小的電子電晶體,其厚度為1個原子,直徑10個原子。
  • 世界最小電晶體問世
    世界最小電晶體問世
  • 世界上最小的電晶體問世:僅分子大小
    不久前,IBM宣布研發成功7nm晶片,而現在,又有研發團隊宣稱製備成功了有史以來最小的電晶體——只有單個分子大小。實現這一驚人成就的是來自一支德國、日本和美國的聯合研究團隊,他們在砷化銦晶體襯底上使用12個帶正電的銦原子環繞一個酞菁分子,然後就得到了一個電晶體。
  • 世界最小電晶體問世:大小堪比一個分子
    世界最小電晶體問世:大小堪比一個分子 2015年07月23日 09:29作者:上方文Q編輯:倪一波     Intel自己都說摩爾定律都要死了,半導體行業真的要停滯不前了嗎
  • 世界上最小的磁鐵問世:僅原子大小
    (原標題:世界上最小的磁鐵問世 有望成為未來計算機不可或缺的零件)
  • 世界最小電晶體問世:堪比一個分子
    IBM率先公布7nm工藝晶片後,科學家們現在又造出了世界上最小的電晶體,只有區區一個分子那麼大。來自德國、日本、美國的一組科學家在砷化銦晶體襯底上,放置了一個酞菁分子,然後在周圍環繞了12個帶正電的銦原子,就得到了這個肉眼看不到的電晶體。之所以可以這樣做,是因為酞菁分子的取向會受到其上電荷的影響。
  • 世界上最小的馬達:僅由16個原子組成!
    在1959年理察費曼教授的《小尺寸 大世界》的演講中首次系統的預言了納米技術及納米機器之後,無數人造分子機器被設計和製造出來,並被應用於生物體系等多個領域。細胞膜物質轉運動態圖在眾多的人造分子機器中,雖然其驅動力大都來源於量子過程,但是其運動行為卻呈現經典動力學特徵,且難以被操縱實現量子隧穿效應。
  • 最小耐高溫等離子體電晶體問世
    原標題:最小耐高溫等離子體電晶體問世   >   美國猶他大學的研究人員研製了迄今為止最小的等離子體電晶體,其可承受核反應堆的高溫和離子輻射環境條件,有助於研製在戰場上收集醫用X射線的智慧型手機、實時監測空氣品質的設備、無需笨重的鏡頭和X射線光束整形裝置的X射線光刻技術。
  • 迄今最小馬達僅由十六個原子組成
    據物理學家組織網6月16日報導,來自瑞士聯邦國家實驗室(Empa)和洛桑聯邦理工學院(EPFL)的科學家開發出了世界上最小的分子馬達,其由16個原子組成,並且可以在同一個方向穩定旋轉,有望將能量收集推升至原子級。
  • 【化學大師】分子和原子(上)——世界到底由何構成?
    真實世界裡,造物主用它的方塊——分子、原子,構成如今的大千世界。現在,我們通過顯微鏡,證明了物質是由分子、原子等微觀粒子構成的。一滴水中大約有1.67×1021個水分子,通常分子的質量和體積都極小。IBM推出了一部由一個個一氧化碳分子作為演員的影片——《一個男孩和他的原子》。
  • 單原子層溝道的鰭式場效應電晶體問世
    過去幾十年來,微電子技術產業沿摩爾定律取得了突飛猛進的發展,按照摩爾定律的預測,集成電路可容納電晶體數目大約每兩年增加一倍。目前集成電路中可實現的最小加工尺寸為3-5納米。當前,隨著集成電路特徵尺寸逼近工藝和物理極限,進一步縮小電晶體器件特徵尺寸極具挑戰。   圖1:單原子層溝道的鰭式場效應電晶體。
  • 德謨克利特:世界由原子和虛空構成,萬物皆從原子演化而來
    德謨克利特(約公元前460—公元前370),出生在色雷斯海濱的阿布德拉的商業城市,古希臘偉大的唯物主義哲學家,原子唯物論學說的創始人之一,他率先提出原子論,認為萬物由原子構成。古希臘偉大哲學家留基伯的學生。德謨克利特一生勤奮鑽研學問,知識淵愽,他在哲學、邏輯學、物理、數學、天文、動植物、醫學、心理學、倫理學、教育學、修辭學、軍事、藝術等方面都有所建樹。
  • 史上最大碳納米管晶片問世:14000個碳納米管電晶體,造出16...
    在這個過程中,碳納米管成為了一個重要的選擇,它自然地以半導體形式存在,具有出色的電性能,並且非常小。但此前,大多研究人員都發現——製造晶片時,要將納米管這種「挑剔」的材料放到「正確」的位置,操作簡直太難了!不過,最近來自MIT的研究人員和ADI公司的科學家聯手創造了奇蹟——他們成功打造出一個完全由碳納米電晶體構成的16位微處理器,它包含了14000多個碳納米管(CNT)電晶體。
  • 原子厚度的電晶體
    在過去10年間,科學家和工程師們將這種趨勢發展到了近乎荒謬的地步,他們創造出由單原子厚度材料製成的器件。這些材料中最著名的當然是石墨烯,它是一種六邊形的蜂窩狀碳片,具有出色的導熱性、電導率、奇特的光學性能和難以置信的機械強度。但作為一種用於製造電晶體的物質,石墨烯並沒有真正發揮作用。由於沒有自然的能帶隙(使半導體具有半導體的特性),它並不適合用於製造電晶體。
  • 一種由石墨烯和二維超導體製成的新型電晶體問世
    打開APP 一種由石墨烯和二維超導體製成的新型電晶體問世 科技報告與資訊 發表於 2020-03-22 08:18:00 (文章來源:科技報告與資訊) 基礎科學研究所(韓國IBS)內的複雜系統理論物理中心(PCS)的研究人員提出了一種由石墨烯和一個二維超導體製成的電晶體,該電晶體可以放大太赫茲(THz)信號。
  • 萬事萬物都由原子構成,但原子是什麼?又是如何運作的?
    原子序數所有的物質都由原子組成。一個原子有一個由質子和中子組成並且被零或多個電子環繞的核心。為了把原子分類,我們需要知道它有多少質子、中子以及電子。原子的質子數決定了它是哪種元素。宇宙中每個碳原子含有6個質子,但中子數卻不一定相同。大多數碳原子(約98.9%)有6個中子。然而約1.1%的碳原子有7個中子。原子的質量取決於中子及質子的數量。所以一個有6個中子的碳原子的質量應該是12(因為碳原子總有6個質子)。
  • 人體由原子構成,在人死後原子又將何去何從?
    時至今日,我們雖然沒有破解生命誕生之謎,但是根據相關研究已經了解到原子是構成生命的重要物質。實際上,原子不僅僅構成了生命,更是宇宙中萬事萬物的組成部分,這是微觀物理角度中為我們找到的最合理的解答。科學家們曾經表示,人體同樣是由無數個原子構成,於是也有人思考,原子本身不會思考,為什麼人類可以思考呢?
  • 探索微觀世界再添新工具,迄今最小馬達僅由十六個原子組成
    據物理學家組織網16日報導,來自瑞士聯邦國家實驗室(Empa)和洛桑聯邦理工學院(EPFL)的科學家開發出了世界上最小的分子馬達,其由16個原子組成,並且可以在同一個方向穩定旋轉,有望將能量收集推升至原子級。
  • 分子大小的電晶體新鮮出爐
    在一個砷化銦晶體上,12個帶正電的銦原子環繞著一個酞菁染料分子,這就是科學家最新研製的分子大小的電晶體。按照摩爾定律的硬限制,這很可能是一個電晶體所能達到的最小尺寸。  新型電晶體是由德國PDI固體電子學研究所、柏林自由大學、日本NTT基礎研究實驗室和美國海軍研究實驗室研究人員組成的國際團隊開發的。這一發表在科學期刊《自然·物理》上的最新成果朝著量子計算邁出一大步。
  • 納米科學:研究人員用分子和幾個原子構建電晶體!
    納米科學:研究人員用分子和幾個原子構建電晶體!一個國際物理學家團隊使用掃描隧道顯微鏡創建一個由單個分子和少量原子組成的微小電晶體。觀察到的電晶體作用與常規預期的行為明顯不同,並且對於未來的器件技術以及分子納米結構中的電子傳輸的基礎研究可能是重要的。