Une équipe dirigée par l'Université de Pittsburgh a créé un transistor à un électron qui fournit un élément de base pour de nouveaux, des mémoires informatiques plus puissantes, matériaux électroniques avancés, et les composants de base des ordinateurs quantiques.

Les chercheurs rapportent dans Nature Nanotechnologie que le composant central du transistor, un îlot de seulement 1,5 nanomètre de diamètre, fonctionne avec l'ajout de seulement un ou deux électrons. Cette capacité rendrait le transistor important pour une gamme d'applications informatiques, des mémoires ultradenses aux processeurs quantiques, des appareils puissants qui promettent de résoudre des problèmes si complexes que tous les ordinateurs du monde travaillant ensemble pendant des milliards d'années ne pourraient pas les résoudre.

En outre, le minuscule îlot central pourrait être utilisé comme atome artificiel pour développer de nouvelles classes de matériaux électroniques artificiels, tels que les supraconducteurs exotiques avec des propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux naturels, a expliqué le chercheur principal Jeremy Levy, professeur de physique et d'astronomie à la Pitt's School of Arts and Sciences. Levy a travaillé avec l'auteur principal et étudiant diplômé en physique et astronomie de Pitt, Guanglei Cheng, ainsi qu'avec les chercheurs en physique et en astronomie de Pitt Feng Bi, Daniela Bogorin, et Cheng Cen. Les chercheurs de Pitt ont travaillé avec une équipe de l'Université du Wisconsin à Madison dirigée par le professeur de science des matériaux et d'ingénierie Chang-Beom Eom, y compris les associés de recherche Chung Wun Bark, Parc Jae-Wan, et Chad Folkman. L'équipe comprenait également Gilberto Medeiros-Ribeiro, des laboratoires HP, et Pablo F. Siles, doctorant à l'Université d'État de Campinas au Brésil.

Levy et ses collègues ont nommé leur appareil SketchSET, ou transistor à un électron à base de croquis, après une technique développée dans le laboratoire de Levy en 2008 qui fonctionne comme un Etch A SketchTM microscopique, le jouet de dessin qui a inspiré l'idée. À l'aide de la sonde conductrice pointue d'un microscope à force atomique, Levy peut créer des dispositifs électroniques tels que des fils et des transistors de dimensions nanométriques à l'interface d'un cristal de titanate de strontium et d'une couche d'aluminate de lanthane de 1,2 nanomètre d'épaisseur. Les appareils électroniques peuvent alors être effacés et l'interface réutilisée.

Le SketchSET, qui est le premier transistor à un électron entièrement composé de matériaux à base d'oxyde, consiste en une formation d'îlots pouvant contenir jusqu'à deux électrons. Le nombre d'électrons sur l'île - qui ne peut être que zéro, une, ou deux - se traduit par des propriétés conductrices distinctes. Les fils partant du transistor transportent des électrons supplémentaires à travers l'îlot.

Une des vertus d'un transistor monoélectronique est son extrême sensibilité à une charge électrique, Levy a expliqué. Une autre propriété de ces matériaux oxydes est la ferroélectricité, ce qui permet au transistor d'agir comme une mémoire à semi-conducteurs. L'état ferroélectrique peut, en l'absence d'alimentation externe, contrôler le nombre d'électrons sur l'île, qui à son tour peut être utilisé pour représenter l'état 1 ou 0 d'un élément de mémoire. Une mémoire informatique basée sur cette propriété serait capable de conserver des informations même lorsque le processeur lui-même est éteint, dit Lévy. L'état ferroélectrique devrait également être sensible aux petits changements de pression à l'échelle nanométrique, ce qui rend cet appareil potentiellement utile en tant que capteur de charge et de force à l'échelle nanométrique.

Depuis août 2010, Levy a mené un projet de 7,5 millions de dollars, projet multi-institutionnel de construction d'un semi-conducteur aux propriétés similaires à SketchSET, il a dit. Financé par le programme Multi-University Research Initiative (MURI) de l'US Air Force Office of Scientific Research, l'effort de cinq ans vise à surmonter certains des défis les plus importants liés au développement de la technologie de l'information quantique. Levy travaille sur ce projet avec des chercheurs de Cornell, Stanford, l'Université de Californie à Santa Barbara, l'Université du Michigan, et UW-Madison.