澳大利亞科學(xué)家表示，他們研制出一種單原子晶體管，其由蝕刻在硅晶體內(nèi)的單個(gè)磷原子組成，擁有控制電流的門(mén)電路和原子層級(jí)的金屬接觸，有望成為下一代量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)元件。研究發(fā)表在2月19日出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

在最新研究中，科學(xué)家們利用放置在真空環(huán)境中的硅薄片制造出該單原子晶體管。為了觀察并操縱位于硅薄片表面的原子，他們首先用一層不起反應(yīng)的氫原子將該晶體管覆蓋，隨后利用掃描隧道顯微鏡超精細(xì)的金屬尖端，精確地將某些區(qū)域的氫原子有選擇性地移走，露出兩對(duì)相互垂直的硅帶外加一個(gè)由6個(gè)硅原子組成的小長(zhǎng)方形，其位于這些硅帶的結(jié)合點(diǎn)處。

接著，科學(xué)家們添加了磷化氫（PH3）氣體并加熱，導(dǎo)致磷原子依附到硅暴露的地方，因?yàn)槭情L(zhǎng)方形，所以只有一個(gè)磷原子進(jìn)入該硅網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，結(jié)果得到4個(gè)相互垂直的磷電極和一個(gè)磷原子。其中一對(duì)電極之間的距離為108納米，在它們之間施加電壓后，電流能通過(guò)單個(gè)磷原子并在另外兩個(gè)垂直的、距離僅為20納米的電極之間流動(dòng)。這樣，磷原子就像晶體管一樣起作用了。

科學(xué)家們表示，這并非首個(gè)單原子晶體管，但新晶體管能被更加精確地放置，這就使得其更有用。

研究領(lǐng)導(dǎo)者、新南威爾士大學(xué)量子計(jì)算和通訊中心的主任米歇爾·西蒙斯表示：“我們最新研制出的設(shè)備是完美無(wú)缺的，這是科學(xué)家首次證明能在一個(gè)基座上非常精確地操控單個(gè)原子。”

雖然該晶體管在低于1開(kāi)氏度（零下272.15攝氏度）的環(huán)境下才能工作，但最新技術(shù)進(jìn)步有望讓晶體管更快達(dá)到單原子級(jí)；科學(xué)家們也可據(jù)此洞悉，一旦設(shè)備達(dá)到原子級(jí)，它們會(huì)如何工作。科學(xué)家們預(yù)測(cè)，晶體管將于2020年達(dá)到單原子級(jí)以同摩爾定律保持一致。

從電子管到晶體管再到集成電路，更小的元器件體積一直是計(jì)算機(jī)工程師孜孜不倦追求的目標(biāo)。如今，科學(xué)家們只有在硅芯片上擠下更多元器件，在有限的體積內(nèi)構(gòu)建更多邏輯回路，才能有更快的運(yùn)算速度。基于單原子的晶體管無(wú)疑讓人們有理由期待體積更小、速度更快的計(jì)算機(jī)。更為重要的是，澳大利亞科學(xué)家的成功更大程度上來(lái)源于精確的設(shè)計(jì)而非運(yùn)氣，這使單原子晶體管的可復(fù)制性大大增強(qiáng)而更具走出實(shí)驗(yàn)室的可能。