Tranzisztor Liliputban

A tranzisztor minél kisebbre zsugorítása régóta foglalkoztatja a kutatókat. A Cornell University tudósai a jelek szerint elérték a végső határt: az elektromos áramkör lelkét egy atomnyira kicsinyítették.

Az amerikai kutatóknak egyatomos tranzisztort sikerült létrehozniuk: két arany-elektróda közé ültetett "formatervezett" molekula segítségével áramkört alakítottak ki. Amikor a tranzisztort feszültség alá helyezik, az elektronok egyetlen kobaltatomon vándorolnak keresztül. Mozgásukat Paul McEuen fizikaprofesszor a Nature folyóirat június 13-i számában "az elektronok virtuális táncaként" írja le.

McEuen elmondta, hogy a szerkezet egyelőre nem rendelkezik a hagyományos tranzisztorok összes tulajdonságával, például nem képes egy gyenge elektromos jelet felerősíteni. A fejlesztések jelenlegi szintjén elsősorban kémiai szenzorként alkalmazható, mivel a molekula környezetében lezajló változások megváltoztatják a tranzisztor vezetőképességét.

A tranzisztor szíve egy "formatervezett" molekula, amelyet Héctor Abruna, az egyetem biokémia-professzora fejlesztett ki kifejezetten erre a célra. A molekula középpontjában elhelyezkedő kobaltatomot szén- és hidrogénatomok veszik körül, kétoldalt pedig piridin "karok" rögzítik. A piridinkarok külső oldalát kénatomok kötik az aranyelektródákhoz.

"A vegyészek ma már tudatosan hozhatnak létre meghatározott céloknak megfelelő molekulákat" - nyilatkozta Abruna. "Ez rendkívül fontos, mivel így a létrehozott molekulák tulajdonságait elektromos eszközökben kamatoztathatjuk."

A Cornell kutatói számára különös kihívást jelentett, hogy a két nanométeres hosszúságot el nem érő molekulát beültessék az aranyelektródok közé. E cél elérésében az elektronvándorlás (elektro(n)migráció) jelenségét használták ki: egy aranydróton egyre erősödő áramot futtatnak keresztül, az atomokat vándorlásra késztetve, amíg a drót végül eltörik. A molekulát ezután erős elektromos mező segítségével "szivattyúzzák be" az így kialakított résbe, ahol a "ragadós" kénatomok az aranyhoz rögzítik.

"Ezzel az eljárással megbízható módon tehetünk szert nanométeres (kb. három szilikonatomnyi) nagyságrendben megszakított kábelekre" - fogalmaz McEuen.

Bár az egyatomos tranzisztor minden bizonnyal a ma elképzelhetőnél jóval kisebbre csökkenti majd az elektromos alkatrészek méretét, addig még számos technikai nehézséggel kell megbirkózni. Olyan problémák várnak megoldást, mint a gyenge elektromos jel felerősítése.

A Cornell kutatói jelenleg egy "molekuláris kapcsoló" kifejlesztésén fáradoznak.

Ajánlat:

• Egy korábbi "legapróbb tranzisztor"
• A Cornell University Anyagkutató Központja
• Sami Rosenblatt, Yuval Yaish, Jiwoong Park, Jeff Gore, Vera Sazonova, and Paul L. McEuen: High performance electrolyte-grated carbon nanotube transistors. (Letölthető PDF-formátum)

Korábban az [origo]-ban:

• Vékonyabb MOS-tranzisztorok
  2000.05.29. A szilícium-dioxid már nem sokáig lesz alkalmas az egyre kisebb MOS-tranzisztorok kapuelektródjához, túl vékony rétegben ugyanis már nem működik kielégítően. A Motorola kutatói ötéves kutatás után egy perovszkit (kalcium-titanát) jellegű anyagot, a stroncium-titanátot találták alkalmasnak arra, hogy elkészítsék a világ legvékonyabb tranzisztorát.
• Pillantás a tranzisztor belsejébe
  1999.08.17. A számítógépes chip-ek növekvő teljesítménye részben annak köszönhető, hogy az egyes áramköri elemek méretei csökkennek. Ha így megy tovább, tíz éven belül egy tranzisztor már csak 150 atomnyi hosszúságú és 50 atomnyi vastagságú lesz.