Costruito transistor da un singolo atomo, violata legge di Moore
Questo è un transistor a singolo atomo. Il microscopio a scansione a effetto tunnel mostra l'atomo di fosforo esattamente al centro del transistor collocato su una superficie di silicio idrogenato. Crediti: ARC Centre for Quantum Computation and Communication, presso UNSW.
Il più piccolo transistor del mondo è stato finalmente realizzato. E’ composto da un solo atomo di fosforo ed è una vera prodezza della nano-ingegneria, in quanto è stato posizionato esattamente al centro di un cristallo di silicio. L’esatta posizione dell’atomo infatti è fondamentale per rendere il dispositivo funzionante.
Il minuscolo dispositivo elettronico, visibile solo al microscopio elettronico, è stato descritto oggi in un articolo pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology, ed utilizza come componente attivo un atomo di fosforo tra due elettrodi su scala atomica.
Tale precisione senza precedenti nella storia dell’elettronica a livello di singolo atomo potrà rendere possibile in futuro la costruzione di computer quantistici, con ineguagliabile efficienza computazionale rispetto ai computer classici.
Fino ad ora, i transistor con un solo atomo sono stati realizzati solo per caso, ed i ricercatori hanno dovuto selezionare tra diversi dispositivi per isolare quello funzionante.
“Invece questo dispositivo è perfetto”, ha detto Michelle Simmons, leader del gruppo e direttore del Centro ARC per la computazione quantistica e la Comunicazione dell’Università di New South Wales. “Questa è la prima volta che qualcuno ha dimostrato di poter controllare la posizione di un singolo atomo in un substrato con questo livello di accuratezza”.
Il microscopico dispositivo dispone anche di piccoli connettori incisi sulla sua superficie attraverso cui i ricercatori possono attaccarsi con contatti metallici e applicare una tensione, ha detto il ricercatore e autore dello studio, il dottor Martin Fuechsle della UNSW.
“Il nostro gruppo ha dimostrato che è davvero possibile posizionare un atomo di fosforo in un ambiente di silicio – esattamente quello di cui avevamo bisogno – con una precisione quasi atomica, e al tempo stesso potersi collegare al dispositivo e controllarlo”, dice.
Il dispositivo è davvero notevole, afferma il dottor Fuechsle, perché le sue caratteristiche elettroniche corrispondono esattamente alle previsioni teoriche svolte dal gruppo del professor Gerhard Klimeck presso la Purdue University negli Stati Uniti e dal gruppo del professor Hollenberg presso l’Università di Melbourne, co-autori della ricerca.
La squadra della UNSW ha usato un microscopio a scansione a effetto tunnel per visualizzare e manipolare gli atomi sulla superficie del cristallo di silicio all’interno di una camera a vuoto alla temperatura dell’elio liquido. Utilizzando un processo litografico, i ricercatori hanno posizionato gli atomi di fosforo e hanno poi ricoperto il dispositivo con uno strato non reattivo di idrogeno.
Gli atomi di idrogeno sono stati rimossi selettivamente in regioni ben definite con la punta metallica super-sottile del microscopio elettronico. Una reazione chimica controllata ha poi permesso di incorporare gli atomi di fosforo nella superficie del silicio.
Per tenere il passo della famosa legge di Moore, i transistor dovrebbero raggiungere il livello del singolo atomo solo nell’anno 2020 circa. La Legge di Moore descrive l’aumento della capacità computazionale dei moderni computer prevedendo che il numero di componenti debba raddoppiare nei chip ogni 18 mesi.
La scoperta di oggi rompe lo schema della legge di Moore, anticipando di ben 8 anni il raggiungimento del limite teorico alla miniaturizzazione. Questo permetterà di carpire preziose informazioni sul modo in cui i dispositivi si comporteranno a queste scale, e magari permetterà la realizzazione dei tanto agognati computer quantistici, una nuova generazione di dispositivi di calcolo finora solo teorici, che dovrebbero rivoluzionare il concetto di computazione.
