澳大利亞研製出完美的「單原子電晶體」

2020-12-01 網易手機

澳大利亞科學家表示，他們研製出一種單原子電晶體，其由蝕刻在矽晶體內的單個磷原子組成，擁有控制電流的門電路和原子層級的金屬接觸，有望成為下一代量子計算機的基礎元件。研究發表在2月19日出版的《自然·納米技術》雜誌上。

在最新研究中，科學家們利用放置在真空環境中的矽薄片製造出該單原子電晶體。為了觀察並操縱位於矽薄片表面的原子，他們首先用一層不起反應的氫原子將該電晶體覆蓋，隨後利用掃描隧道顯微鏡超精細的金屬尖端，精確地將某些區域的氫原子有選擇性地移走，露出兩對相互垂直的矽帶外加一個由6個矽原子組成的小長方形，其位於這些矽帶的結合點處。

接著，科學家們添加了磷化氫（PH3）氣體並加熱，導致磷原子依附到矽暴露的地方，因為是長方形，所以只有一個磷原子進入該矽網絡內，結果得到4個相互垂直的磷電極和一個磷原子。其中一對電極之間的距離為108納米，在它們之間施加電壓後，電流能通過單個磷原子並在另外兩個垂直的、距離僅為20納米的電極之間流動。這樣，磷原子就像電晶體一樣起作用了。

科學家們表示，這並非首個單原子電晶體，但新電晶體能被更加精確地放置，這就使得其更有用。

研究領導者、新南威爾斯大學量子計算和通訊中心的主任米歇爾·西蒙斯表示：「我們最新研製出的設備是完美無缺的，這是科學家首次證明能在一個基座上非常精確地操控單個原子。」

雖然該電晶體在低於1開氏度（零下272.15攝氏度）的環境下才能工作，但最新技術進步有望讓電晶體更快達到單原子級；科學家們也可據此洞悉，一旦設備達到原子級，它們會如何工作。科學家們預測，電晶體將於2020年達到單原子級以同摩爾定律保持一致。

從電子管到電晶體再到集成電路，更小的元器件體積一直是計算機工程師孜孜不倦追求的目標。如今，科學家們只有在矽晶片上擠下更多元器件，在有限的體積內構建更多邏輯迴路，才能有更快的運算速度。基於單原子的電晶體無疑讓人們有理由期待體積更小、速度更快的計算機。更為重要的是，澳大利亞科學家的成功更大程度上來源於精確的設計而非運氣，這使單原子電晶體的可複製性大大增強而更具走出實驗室的可能。

文/科技日報

本文來源：cnbeta 責任編輯：王曉易_NE0011

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