15 августа 2017

Физики создали "атомный" транзистор, работающий при комнатной температуре

Физики из США создали первый транзистор толщиной с одну молекулу, способный избирательно пропускать или останавливать ток даже при комнатных температурах, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

"Мы обнаружили, что наши нити из 14 атомов могут хорошо работать даже при комнатных температурах, и что их свойствами можно гибко управлять, меняя их химический состав. Теоретически, можно создать транзистор размером с атом, но такие устройства не будут стабильными, и ими нельзя будет управлять в нормальных условиях", — заявила Лата Венкатараман (Latha Venkataraman) из университета Колумбии в Нью-Йорке (США).

Все современные компьютеры состоят из миллионов и миллиардов микроскопических транзисторов – устройств, избирательно пропускающих электрический ток. Как правило, при уменьшении размеров транзисторов сила побочных эффектов, мешающих их работе, возрастает, что мешает созданию все более небольших и быстрых вычислительных приборов.

Эти утечки накладывают фундаментальный предел на размеры транзисторов – как сегодня считают физики, кремниевые транзисторы толщиной меньше, чем в 5 нанометров, принципиально невозможно создать. Поэтому инженеры и ученые сегодня пытаются заменить кремний на альтернативные материалы, такие как графен или дисульфид молибдена, или принципиально отказываются от самой электроники и переходят на иные способы передачи сигнала – при помощи света, спинов частиц или каких-то других "носителей информации.

Проблема заключалась в том, что на таких масштабах работе транзисторов и другие "кирпичиков" электроники начинают мешать силы межатомного взаимодействия и квантовые эффекты, благодаря чему они начинают пропускать ток в обоих направлениях, хотя и с разной силой, и работают только при очень высоких напряжениях.  И то и другое не позволяет применять такие устройства в "атомной" микроэлектронике.

Два года назад Венкатараман и ее коллеги сделали первый шаг к решению этой задачи, создав первый молекулярный диод из 50 атомов, пропускающий ток только в одном направлении и блокирующий его движение столь же эффективно, как и классические диоды, применяемые сегодня в электронной промышленности.

Используя эти наработки, ученые из университета Колумбии попытались поменять работу этого диода таким образом, чтобы его поведением можно было гибко управлять, тем самым превратив его в своеобразный аналог транзистора.

Результатом всех этих усилий стало создание молекулы, состоящей из 14 атомов кобальта и серы, способной избирательно пропускать через себя электроны или блокировать их движение при комнатной температуре. Эта молекула, как рассказывают ученые, изначально была не совсем стабильной, и им пришлось "упаковать" ее в особую "шубу" из особых органических  соединений, похожих по своей формуле на один из популярных инсектицидов,  для того, чтобы она работала и при комнатной температуре.

То, как хорошо эта структура пропускает ток, можно менять, манипулируя разницей напряжений на "входе" и "выходе" этого транзистора. Благодаря этому данная молекула может одновременно работать и как диод, и как своеобразный транзистор, который пропускает примерно в 600 раз меньше тока в "отключенном" положении, чем во "включенном".

Подобный показатель, как отмечают ученые, является рекордом для столь миниатюрных устройств, и они планируют повысить его в ближайшее время, поменяв структуру "шубы" и самой молекулы.