Drót nélküli nanoáramkörök - kísérletek a kvantumvilágban<br/>

Az IBM kutatói az információtovábbítás merőben új módszerét fedezték fel. A "kvantumdélibáb"-nak nevezett folyamat vezetékek helyett az elektronok hullámtermészetét használja az adattovábbításra, s a jövőben nanométeres méretskálán teszi lehetővé áramkörök építését.

Ahogy az idők során az áramkörök mérete csökkent, az elektronok viselkedésének leírásához egyre inkább a kvantummechanika eszközeihez kellett folyamodni a klasszikus fizika módszerei helyett. Vagyis ma már nem elég az elektront pusztán részecskeként jellemezni, hanem figyelembe kell venni hullámtermészetét is. A jövő nanométeres áramköreiben a drótokat maga az elektron, pontosabban hullámtermészete fogja helyettesíteni.

A kísérletek első lépéseként a kutatók néhány tucatnyi kobaltatomból egy ellipszis alakú gyűrűt építettek rézatomokból álló felületen. Amint az már korábbi eredmények alapján kiderült, egy ilyen gyűrű valóságos falként működik, s meghatározza a gyűrűn belüli elektronok - jelen esetben a rézatomok elektronjainak - energiaszintjét és térbeli elhelyezkedését, mégpedig a kvantummechanika törvényei által megjósolt formában. A bezárt elektronok kvantumállapotát a gyűrű méretével és alakjával lehet változtatni.

Jelen esetben egy olyan mintázatot hoztak létre, amelynek eredményeképpen az ellipszis mindkét fókuszpontjában nagyobb elektronsűrűség alakult ki. Ezután az egyik fókuszpontba egy kobaltatomot helyeztek, amelynek következtében természetesen megváltozott az atom környékén lévő elektronok állapota. Az igazi dráma azonban az volt, hogy ugyanekkor a másik fókuszpontban is ugyanilyen változás volt tapasztalható, holott ott nem volt semmi! A változás intenzitása a "kvantumdélibáb" pontjában mintegy harmada volt a behelyezett atom környékén tapasztaltnak.
Az eredmény elméleti jelentősége óriási. "A kvantummechanika szintjén manipuláltuk az anyagot. Tudatosan és előre megtervezve befolyásoltuk a kvantumállapotokat" - jelentették ki Donald M. Eigler, a kutatások vezetője. Az eredmény egyik legígéretesebb gyakorlati alkalmazási lehetősége, hogy nanométeres méretskálán válik lehetővé vezeték nélküli áramkörök építése, ami az információtovábbítás merőben új lehetőségeit ígéri a jövőben.

A "kvantumdélibáb" jelenség felfedezését és részletes leírását a Nature c. tudományos hetilap február 3-ai számában közölték az IBM kutatói. A kísérletek során ugyanazt a pásztázó alagúthatású mikroszkópot (STM-et) használták, amellyel 10 évvel ezelőtt először manipulálták az anyagot nanométeres skálán, 35 xenon-atomból rakva ki az IBM feliratot. A pásztázó alagúthatású mikroszkóp működése közben az STM tű alakú hegyét a felület fölött a nanométer (egymilliárdod méter) töredékét kitevő magasságban húzzák el. A felület és a tűhegy között már kis feszültség hatására is alagútáram indul meg: ha a tű magasságát folyamatosan úgy változtatják, hogy eközben az alagútáram értéke állandó maradjon, akkor a tűhegy vízszintes és függőleges elmozdulásaiból számítógéppel előállítható a felület olyan pontos domborzati térképe, amelyen az egyes atomok körvonalai is jól kivehetők.

S. T.

Ajánló:

Az eredeti sajtóanyag az IBM oldalain. A vakvéletlen birodalma. Fantasztikus anyag, magyar nyelven, közérthető formában a kvantummechanikáról. Kvantummechanika a Magyar Elektronikus Könyvtárból. STM képek.

Korábban: