Gelecek kuantum hesaplama ve kuantum bilgisayar teknolojileri için çok önemli bir basamak olan tek atom transistöründe yıllardır teorik yapılan çalışmaların sonucunda artık gerçekte üretilmiş, mükemmel bir atomik hassasiyete sahip silikon kristali üzerine fosfor atomlarından oluşan bir tek atom transistörü ilk defa yapıldı.
Bu tek atom transistörün STM'deki görüntüsüdür. Fosfor atomları kırmızı olan bölgelerdedir. Credit: ARC Centre for Quantum Computation and Communication, at UNSW.
Mikro-mühendisliğin dikkate değer bir başarısı olarak New South Wales Üniversitesi (UNSW) fizikçileri bir silikon kristalinin içerisine hassas bir şekilde yerleştirilen tek bir atomu içeren çalışan bir transistör yaptılar.
Çok küçük elektronik aygıt, bugünlerde Nature Nanotechnology dergisinde yayınlanan bir yayında tanımlandı. Bu aygıt, atomik ölçek elektrotlar ve elektrostatik kontrol geçitleri arasında düzenlenen birbirinden ayrı fosfor atomunu aktif bir bileşeni olarak kullanır. Bu benzeri görülmemiş atomik hassasiyet eşsiz hesaplama verimliliğine sahip gelecekteki bir kuantum bilgisayarın temel bir yapıtaşı olabilir.
Şimdiye kadar, tek atom transistörlerin gerçekleştirilmesi için tek bir şansı vardı; araştırmacılar ya çok sayıda aygıt üzerinde arama yapmak zorundaydılar ya da çalışmalarından birini izole etmek amacıyla çok atomlu aygıtları ayarlamak.
Mikroskopik aygıt yüzeyini aşındıran çok küçük görülebilir işaretleyicilere sahiptir yani araştırmacılar metal kontaklarla bağlantı kurabilir ve bir voltaj uygulayabilir.
Araştırmanın lideri UNSW’den Dr. Martin Fuechsle çalışmaları ile ilgili olarak, “ Bizim araştırma grubumuz gerçekten de neredeyse atomik hassasiyetle bir fosfor atomunu bir silikon ortamı içine konumlandırabilmeyi -bu gerçekten de ihtiyacımız olan bir şeydi- ve aynı zamanda da geçiti oluşturabilmeyi sağladı.”
Elektrodlar arasına uygulanan bir voltaj birbirine dik elektrodlarda bir akım indükler.
Bu UNSW’den araştırma grubu ultra yüksek vakum çemberi içindeki kristalin yüzeyinde atomları manipüle etmek ve görmek amacıyla bir taramalı tünellemeli mikroskop (STM) kullandılar. Bir litografik süreç kullanılarak, araştırmacılar kristal üzerinde fonksiyonel aygıtlar içine fosfor atomlarını düzenlediler ve sonra onları bir reaktif olmayan hidrojen ile kapladılar.
Hidrojen atomları hassas olarak belirlenen bölgelerde mikroskobun (STM) süper-iyi metal ucu ile seçilerek kaldırıldı. Bir kontrollü kimyasal reaksiyon sonrası silikon yüzeyi içindeki fosfor atomları katılır.
Son olarak, dört fosfor elektrodu ve bir tek fosfor atomundan oluşan bu yapı bir silikon katmanı ile kapsüllü hale gelir ve bu aygıtın elektriksel teması metalik bağları hizalamak amacıyla silikon çip üzerindeki sıralanmış işaretçilerden bir karmaşık bir sistem kullanılarak sağlanmış olur. Bu aygıtın elektronik özellikleri tek bir fosfor atom transistörü için yapılan teorik yaklaşımlarla oldukça uyumlu çıktı.
Bu transistörlerin Moore Yasasına ayak uydurarak yaklaşık 2020 yılında tek atom seviyesine ulaşılacağı tahmin ediliyor. Moore Yasası, her 18 ayda bir çip bileşenlerin sayısının iki katına çıkacağını öngören bilgisayar donanımında devam eden süreci tanımlar.
Bu büyük gelişme bunu (Moore Yasasına uymayı) mümkün hale getirecek teknolojiyi geliştirdi ve aygıtların atomik sınıra ulaştıktan sonra nasıl davranacaklarına dair üreticilere değerli bilgiler de verdi.
Nature’daki makale: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.21.html
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | http://twitter.com/kuarkatmaca
Nanoscale Devices and Carrier Transport Group – Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynaklar:
- http://www.physorg.com/news/2012-02-single-atom-transistor.html
- http://www.newscientist.com/article/dn21494-single-atom-transistor-gets-precise-position-on-chip.html
*Bu çalışma, Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu ve Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu faaliyetleri kapsamında hazırlanmıştır.
