الترانزستور أحادي الذرة هو الترانزستور المثالي

في إنجاز غير مسبوق في مجال الهندسة الدقيقة، نجح فيزيائيون في إنتاج ترانزستور نشط يتكون من ذرة واحدة موجودة داخل بلورة السيليكون

الدكتور. موشيه نحماني
في إنجاز غير مسبوق في مجال الهندسة الدقيقة، نجح علماء الفيزياء في إنتاج ترانزستور نشط يتكون من ذرة واحدة موجودة داخل بلورة السيليكون.

يستخدم الجهاز الإلكتروني الصغير، الذي تعرفنا عليه للتو في مقال نشر في المجلة العلمية المرموقة Nature Nanotechnology، ذرة فوسفور واحدة تقع بين الأقطاب الكهربائية وبوابات التحكم الكهروستاتيكية الذرية كمكون نشط له.

قد تؤدي هذه الدقة الذرية غير المسبوقة إلى تطوير لبنة البناء الأساسية للحاسوب الكمي المستقبلي، وهو حاسوب يتمتع بكفاءة حاسوبية لا مثيل لها. حتى الآن، واجه الباحثون ترانزستورات أحادية الذرة فقط عن طريق الصدفة، حيث اضطروا إلى البحث عنها بين العديد من الأجهزة أو ضبط أجهزة مختلفة متعددة الذرات من أجل عزل الجهاز الذي سيعمل بشكل صحيح.
تقول البروفيسور ميشيل سيمونز، رئيسة المجموعة البحثية ومديرة مركز الحوسبة الكمومية والاتصالات بجامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية: "لكن جهازنا مثالي". "هذه هي المرة الأولى التي يُظهر فيها أي شخص التحكم في ذرة واحدة في مادة بمثل هذه الدقة المذهلة."

ويقول أحد الباحثين إن الجهاز المجهري يحتوي على وصلات مرئية صغيرة مثبتة على سطحه حتى يتمكن الباحثون من إضافة وصلات معدنية وتشغيل جهد كهربائي من خلالها. يقول الباحث: "لقد أثبت فريقنا البحثي أنه من الممكن بالفعل وضع ذرة فوسفور واحدة في بيئة السيليكون - حيث نحتاجها بالضبط - بدقة ذرية تقريبًا، وفي نفس الوقت إنشاء بوابات". والجهاز جدير بالملاحظة أيضًا في ضوء حقيقة أن خصائصه الإلكترونية تتوافق تمامًا مع التوقعات النظرية التي قدمتها من قبل مجموعات بحثية أخرى شاركت في المشروع.

استخدم فريق الباحثين مجهر المسح النفقي (STM) لمراقبة الذرات الموجودة على سطح البلورة في الغرفة المفرغة للغاية وتحريكها حسب الحاجة. وبمساعدة طريقة الطباعة الحجرية، تمكن الباحثون من دمج ذرات الفسفور داخل بلورات الأجهزة النشطة وفي الخطوة التالية تغطيتها بطبقة غير نشطة من الهيدروجين. تمت إزالة ذرات الهيدروجين هذه بشكل انتقائي من مناطق محددة خصيصًا من البلورة باستخدام الطرف المعدني الصغير جدًا للمجهر. التفاعل الكيميائي الذي يتم التحكم فيه والذي يحدث في الخطوة التالية يدمج ذرة الفوسفور في سطح السيليكون.

وأخيرًا، يتم إغلاق الهيكل بأكمله بطبقة من السيليكون ويتم توصيل الجهاز كهربائيًا من خلال نظام معقد من محاذاة التوصيلات الموجودة على شريحة السيليكون لضبط التوصيلات المعدنية. تتوافق الخصائص الإلكترونية للجهاز مع مستوى ممتاز مع التوقعات النظرية للترانزستور المبني على ذرة فوسفور واحدة.

ومن المتوقع أن تعتمد الترانزستورات على مستوى الذرة الواحدة في وقت مبكر من عام 2020، وذلك لتتوافق مع قانون مور الذي يشير إلى الاتجاه المستمر في أجهزة الكمبيوتر، وهو القانون الذي ينص على أن عدد مكونات الشريحة يتضاعف كل 18 شهور. يوضح أحد الباحثين أن هذا التقدم الكبير يسرع إمكانية تطوير التكنولوجيا قبل الموعد المحدد بكثير ويساهم بمعلومات قيمة للشركات المصنعة فيما يتعلق بتشغيل هذا النوع من الأجهزة.

فيديو يشرح الإكتشاف