Международная группа ученых из Технологического университета Хельсинки (Helsinki University of Technology), университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales) и университета Мельбурна (University of Melbourne) успешно завершила ряд научно-исследовательских работ, результатом которых явилось создание полнофункционального транзистора, имеющего размеры равные всего одному атому. Создание такого транзистора дает ученым полигон для новых исследований и изучения явлений, которые впоследствии будут использоваться в быстро развивающейся области квантовых вычислений.

Принцип работы устройства основан на последовательном туннельном переходе единичных электронов между атомом фосфора, истоком и стоком транзистора. Туннелирование может быть подавлено или разрешено путём контроля напряжения на ближайшем металлическом электроде толщиной в несколько десятков нанометров.

Несмотря на то, что размеры активной части транзистора равны всего одному атому, размеры других составляющих, стока, истока и затвора (управляющего электрода) достаточно велики для атомарного масштаба. Поэтому, с использованием нынешних технологий изготовления полупроводников вряд ли получится разместить на кристалле значительно большее количество таких одноатомных транзисторов, чем обычных транзисторов.

(А) – Изображение одноатомных транзисторов, полученное с помощью электронного микроскопа. (B) – измерение проводимости в магнитном поле (4 Тесла). Красным и желтым показаны спины

По словам доктора Микко Мёттонена (Mikko Möttönen), учёные не намеревались создать самый маленький транзистор для классического компьютера, а придти к квантовому биту – сердцу квантовых компьютеров, над которыми сейчас трудятся многие коллективы исследователей. Ученым уже удалось, используя этот транзистор, достаточно четко зафиксировать два состояния атома фосфора, обусловленные направлением движения электрона, находящегося на верхнем слое. Эти состояния и будут в дальнейшем определять состояния логической единицы и нуля, которые являются основой двоичной арифметики и вычислительной техники.

Дальнейшие исследования команды ученых будут направлены на получение полного контроля над состоянием атома фосфора, являющегося сердцем одноатомного транзистора. В конечном счет это будет полная реализация квантового бита (кубита), который может быть быстро прочитан, записан и сохранен на длительное время.