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 рассказываютexternal link, opens in a new tab, 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 (СТМexternal link, opens in a new tab) 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 информацииexternal link, opens in a new tab PhysOrg.com, при помощи системы последовательных визуальных маркеров австралийцы смогли подвести к транзистору металлические контакты и измерить параметры работы устройства.