Στα μονοατομικά τρανζίστορ που είχαν παρουσιαστεί στο παρελθόν, οι ερευνητές δεν μπορούσαν να τοποθετούν το άτομο στη θέση του με ακρίβεια μεγαλύτερη από 10 νανόμετρα, ή 10 δισεκατομμυριοστά του μέτρου.
Τώρα, όμως, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Νέας Νότιας Ουαλίας αναφέρουν ότι μπορούν να τοποθετούν άτομα με πραγματικά ατομική ακρίβεια.
Στην πειραματική διάταξη που παρουσιάζεται στην επιθεώρηση Nature Nanotechnology, ένα άτομο φωσφόρου βρίσκεται τοποθετημένο σε μια αύλακα από πυρίτιο και συνδέεται με μεταλλικές ακίδες για την εφαρμογή ηλεκτρικής τάσης, καθώς και με πύλες που ελέγχουν τη ροή του ρεύματος.
Η ενεργειακή κατάσταση του ατόμου αντιστοιχεί στην κατάσταση «0» ή «1» της ψηφιακής πληροφορίας.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι μονοατομικές συσκευές μπορούν επί της αρχής να δημιουργούνται και να ελέγχονται με καλώδια ατομικού πάχους» γράφουν η Δρ Μισέλ Σίμονς και οι συνεργάτες της.
Από τις λυχνίες στους υπολογιστές του 2020
Τα τρανζίστορ είναι συσκευές κατασκευασμένες από ημιαγωγούς, οι οποίες μπορούν αφενός να ενισχύουν ένα ηλεκτρικό σήμα, αφετέρου να λειτουργούν ως διακόπτες. Ο συνδυασμός πολλών τρανζίστορ επιτρέπει τη δημιουργία λογικών πυλών που εκτελούν μαθηματικούς υπολογισμούς.
Από την ανακάλυψή τους το 1954, τα τρανζίστορ όλο και μικραίνουν. Κάποτε ήταν ογκώδεις ηλεκτρικές λυχνίες, σήμερα είναι τόσο μικρά ώστε κάθε επεξεργαστής περιλαμβάνει δισεκατομμύρια τέτοιες συσκευές.
Και όσο αυξάνεται η πυκνότητα των τρανζίστορ πάνω στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, τόσο αυξάνεται η επεξεργαστική ισχύς τους.
Η περαιτέρω σμίκρυνση των τρανζίστορ έχει κρίσιμη σημασία για τον λεγόμενο Νόμο του Μουρ, σύμφωνα με τον οποίο η πυκνότητα των τρανζίστορ διπλασιάζεται κάθε 18 έως 24 μήνες.
Η ερευνητική ομάδα στη Νέα Νότια Ουαλία φαίνεται να βρίσκεται μπροστά από την εποχή της, αφού ο Νόμος του Μουρ προβλέπει ότι τα μονοατομικά τρανζίστορ θα γίνονταν πραγματικότητα το 2020.
Χειρισμοί ακριβείας
Η πειραματική συσκευή τους, όμως, απέχει τουλάχιστον δέκα χρόνια από την εμπορική αξιοποίηση. Ένα πρόβλημα είναι ότι το σύστημα λειτουργεί στη θερμοκρασία του υγρού ήλιου (−268,93 °C) αλλιώς το άτομο φωσφόρου μετακινείται από τη θέση του.
Επιπλέον, η κατασκευή του τρανζίστορ απαιτεί εξελιγμένες νανοτεχνικές που δεν εφαρμόζονται ακόμα σε βιομηχανική κλίμακα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (ένα όργανο που μπορεί τόσο να απεικονίζει μεμονωμένα άτομα όσο και να τα μετακινεί) για να χαράξουν ένα μικροσκοπικό αυλάκι πάνω σε μια πλάκα πυριτίου. Το ίδιο όργανο τοποθέτησε στη συνέχεια ένα άτομο φωσφόρου ανάμεσα σε δύο ακίδες.
Όταν εφαρμόστηκε ηλεκτρική τάση, το τρανζίστορ αποδείχθηκε ότι μπορεί να λειτουργεί ως διακόπτης και ως ενισχυτής του σήματος, όπως συμβαίνει σε οποιοδήποτε τρανζίστορ.
Οι ερευνητές ελπίζουν τώρα ότι η τεχνική τους θα αξιοποιηθεί στο μέλλον για την ανάπτυξη των λεγόμενων κβαντικών υπολογιστών, στους οποίους η πληροφορία αποθηκεύεται στις κβαντικές ιδιότητες των ατόμων.
Αυτό, όμως, δεν πρόκειται να συμβεί σύντομα: στα πιο εξελιγμένα από τα σημερινά τσιπ της Intel, τα μικρότερα δομικά στοιχεία έχουν ελάχιστο πάχος 22 νανόμετρα, πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρο ενός ατόμου.
