Канадские физики закладывают основы атомной электроники

Коллектив исследователей из канадского университета Альберты (UAlberta) и Национального института нанотехнологии, возглавляемый Робертом Волковым, ведет разработку электронных устройств атомарного масштаба, способных заменить транзисторные схемы.

В 2009 г. они уже совершили технологический прорыв, создав самую миниатюрную в мире квантовую точку, состоящую из одного атома кремния. Такие устройства, поясняет Волков, служат «сосудами» для удержания электронов, причем их можно сконфигурировать таким образом, что электроны будут занимать две квантовые точки одновременно.

В новой работе канадских ученых использовался модифицированный ими сканирующий туннельный микроскоп с острием зонда размером в один атом, позволяющий исследовать топографию атомов кремния в прежде недостижимых подробностях. В частности, они впервые в мире наблюдали движение электронов на поверхности кристалла кремния, а также ступенчатый характер изменения электрического сопротивления, обусловленный тем, что кристалл не является полностью однородной средой для распространения тока в масштабах одиночных атомов.

Кроме того, участники исследования смогли отслеживать как одиночные электроны входят в квантовые точки и покидают их, и изобрели метод измерения заряда квантовой точки. В прошлом такие наблюдения были невозможны поскольку сама попытка измерения столь микроскопических объектов приводит к их изменению.

Полученная информация создает предпосылки для создания более совершенных наноэлектронных устройств.

Итоги работы команды Волкова представлены в журнале Physical Review Letters. Помимо возможности отслеживать динамику электронов в квантовых точках, там демонстрируется способ создания таких устройств, функционирующих при комнатной температуре без необходимости привлекать дорогостоящее криогенное оборудование.

Волков и его коллеги настолько убеждены в коммерческом потенциале атомных схем, что два года назад учредили компанию Quantum Silicon (QSI). В следующие 5-6 лет она должна продемонстрировать возможности этой технологии на примере суперэкономичных устройств, работающих от миниатюрных и долговечных батарей.

Вначале QSI сосредоточится на гибридных решениях, в которых атомные цепи будут соседствовать с привычной электроникой. По мнению Волкова, создание основ для массового производства атомных схем может занять около 10 лет, но ожидаемая отдача от таких технологий очень велика и может исчисляться триллионами долларов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365