Wissenschaftler erstellen neues Rezept für Einzelatom-Transistoren

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Einst unvorstellbar, versprechen Transistoren, die nur aus Clustern mit mehreren Atomen oder sogar nur aus einzelnen Atomen bestehen, die Bausteine einer neuen Generation von Computern mit beispielloser Speicher- und Rechenleistung zu werden.

Aber um das volle Potenzial dieser winzigen Transistoren – elektrische Miniatur-Ein/Aus-Schalter – auszuschöpfen, müssen die Forscher einen Weg finden, viele Kopien dieser notorisch schwer zu fertigenden Komponenten herzustellen.Jetzt haben Forscher am National Institute of Standards and Technology (NIST) und ihre Kollegen an der Universität von Maryland ein Schritt-für-Schritt-Rezept zur Herstellung der Geräte im atomaren Maßstab entwickelt.

Mit diesen Anweisungen ist das vom NIST geführte Team weltweit erst das zweite, das einen Einzelatomtransistor konstruiert hat, und das erste, das eine Reihe von Einzelelektronentransistoren mit atomarer Kontrolle über die Geometrie der Bauelemente hergestellt hat.Die Wissenschaftler zeigten, dass sie die Geschwindigkeit, mit der einzelne Elektronen durch eine physikalische Lücke oder eine elektrische Barriere in ihrem Transistor fließen, genau einstellen können – auch wenn die klassische Physik dies den Elektronen verbieten würde, weil sie nicht genügend Energie haben.

Dieses reine Quantenphänomen, bekannt als Quantentunneling, wird nur dann wichtig, wenn die Lücken extrem klein sind, wie etwa bei den Miniaturtransistoren.

Die genaue Kontrolle über das Quanten-Tunneling ist von entscheidender Bedeutung, da es die Transistoren in die Lage versetzt, sich zu “verschränken” oder auf eine Weise zu vernetzen, die nur durch die Quantenmechanik möglich ist, und neue Möglichkeiten zur Erzeugung von Quantenbits (Qubits) eröffnet, die im Quantencomputing verwendet werden könnten.Zur Herstellung von Transistoren mit einem oder wenigen Atomen stützte sich das Team auf eine bekannte Technik, bei der ein Siliziumchip mit einer Schicht aus Wasserstoffatomen bedeckt wird, die sich leicht an Silizium binden.

Die feine Spitze eines Rastertunnelmikroskops entfernte dann an ausgewählten Stellen Wasserstoffatome.

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Der verbleibende Wasserstoff wirkte als Barriere, so dass, wenn das Team Phosphingas (PH3) auf die Siliziumoberfläche richtete, einzelne PH3-Moleküle….

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