(a) Image colorée au microscope électronique à balayage de l'appareil mesuré. La grille supérieure en aluminium est utilisée pour induire une couche électronique bidimensionnelle à l'interface silicium-oxyde de silicium sous la métallisation. La grille barrière est partiellement en dessous de la grille supérieure et épuise la couche d'électrons à proximité des donneurs de phosphore (les sphères rouges ajoutées à l'image originale). La grille barrière peut également être utilisée pour contrôler la conductivité du dispositif. Toutes les portes barrières de la figure forment leurs propres transistors individuels. (b) Conductance différentielle mesurée à travers l'appareil à un champ magnétique de 4 Tesla. Les sphères rouge et jaune illustrent les états spin-down et -up d'un électron donneur qui induisent les raies de haute conductivité clairement visibles sur la figure.
(PhysOrg.com) -- Chercheurs de l'Université de technologie d'Helsinki (Finlande), Université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie), et l'Université de Melbourne (Australie) ont réussi à construire un transistor fonctionnel, dont la région active ne se compose que d'un seul atome de phosphore dans le silicium. Les résultats viennent d'être publiés dans Lettres nano .
Les principes de fonctionnement du dispositif sont basés sur l'effet tunnel séquentiel d'électrons uniques entre l'atome de phosphore et les conducteurs de source et de drain du transistor. L'effet tunnel peut être supprimé ou autorisé en contrôlant la tension sur une électrode métallique voisine d'une largeur de quelques dizaines de nanomètres.
Le développement rapide des ordinateurs, qui a créé la société de l'information actuelle, a été principalement basée sur la réduction de la taille des transistors. Nous savons depuis longtemps que ce développement doit ralentir de manière critique au cours des décennies à venir, lorsque l'emballage encore plus serré et peu coûteux des transistors les obligerait à se réduire aux échelles de longueur atomique. Dans le transistor récemment développé, tout le courant électrique passe par le même atome. Cela nous permet d'étudier les effets apparaissant dans la limite extrême de la taille du transistor.
« Il y a environ six mois, Moi et l'un des chefs de file de cette recherche, Pr Andrew Dzurak, ont été demandés quand nous nous attendons à ce qu'un transistor à un seul atome soit fabriqué. Nous nous sommes regardés, sourit, et dit que nous l'avons déjà fait », raconte le Dr Mikko Möttönen. "En réalité, notre but n'était pas de construire le plus petit transistor pour un ordinateur classique, mais un bit quantique qui serait le cœur d'un ordinateur quantique qui se développe dans le monde entier », il continue.
Les problèmes survenant lorsque la taille d'un transistor est réduite vers la limite ultime sont dus à l'apparition d'effets dits de mécanique quantique. D'une part, ces phénomènes sont censés remettre en cause le fonctionnement habituel des transistors. D'autre part, ils permettent des comportements classiquement irrationnels qui peuvent, en principe, être exploité pour un calcul conceptuellement plus efficace, l'informatique quantique.
La force motrice derrière les mesures rapportées maintenant est l'idée d'utiliser le degré de liberté de spin d'un électron du donneur de phosphore comme bit quantique, un qubit. Les chercheurs ont pu observer pour la première fois dans leurs expériences des états de rotation ascendante et descendante pour un seul donneur de phosphore. Il s'agit d'une étape cruciale vers le contrôle de ces états, C'est, la réalisation d'un qubit.
Plus d'information: Un article de recherche original a été publié dans Lettres nano le 1er décembre, 2009 : Spectroscopie de transport de donneurs de phosphore uniques dans un transistor à l'échelle nanométrique en silicium, Kuan Yen Tan, Kok Wai Chan, Mikko Möttönen, Andréa Morello, Changyi Yang, Jessica van Donkelaar, André Alves, Juha-Matti Pirkkalainen, David N. Jamieson, Robert G. Clark, et Andrew S. Dzurak, Nano Lett. , Article au plus vite, DOI :10.1021/nl901635j
Fourni par l'Université de technologie d'Helsinki
