KIT ontwikkelt de allerkleinste één-atoom-transistor

26 september 2018, 12:34
Eén-atoom-transistor in gel-elektrolyt. Afbeelding: AG Thomas Schimmel / KIT
Eén-atoom-transistor in gel-elektrolyt. Afbeelding: AG Thomas Schimmel / KIT
Bij het Karlsruher Institut für Technologie ( KIT ) is door een werkgroep onder leiding van Thomas Schimmel een uit één atoom bestaande transistor ontwikkeld. Dat moet wel de kleinste ter wereld zijn. Dit quantumelektronische onderdeel schakelt de stroom door het gecontroleerd verplaatsen van één enkel atoom... Bij kamertemperatuur! 
 
Eén-atoom-transistors lijken het (voorlopige) eindpunt voor de Wet van Moore. Met onze huidige kennis gaat het echt niet kleiner. Zulke kleine structuren zijn dankzij de kleine benodigde ruimte niet alleen goed voor verdere miniaturisering, ze hebben ook nog erg weinig energie nodig. En dat laatste is vooral belangrijk, omdat er ook thermische grenzen zijn aan het aantal transistors dat in een chip kan worden geplaatst. Een simpele USB -geheugenstick bevat al een paar miljard transistors. De uit één atoom bestaande transistor heeft voor het schakelproces maar ongeveer 0,1 ‰ van de energie nodig, die een met conventionele techniek gefabriceerde transistor gebruikt.
 
In het vaktijdschrift Advanced Materials beschrijven de onderzoekers uit Karlsruhe een transistor, die echt niet meer kleiner kan. Tussen twee piepkleine metalen contacten bevindt zich een opening met een breedte van één enkel metaalatoom. Met een elektrische stuurpuls kunnen ze dan een zilveratoom in die opening schuiven en zo de schakelaar sluiten. Het zilveratoom is met een andere impuls ook weer van deze plaats te verwijderen, wat de schakelaar weer opent. In tegenstelling tot andere quantumelektronische onderdelen heeft deze uit één atoom bestaande transistor geen extreem lage temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt nodig. Hij werkt al bij kamertemperatuur.
 
Wat ook interessant is: de transistor bestaat uitsluitend uit metaal, hij bevat dus geen halfgeleidermateriaal. Daardoor kan hij ook bij extreem lage spanningen werken, wat leidt tot een uiterst laag energieverbruik. De voorganger van deze één-atoom-transistor had nog een vloeibaar elektrolyt nodig. Maar nu is het voor het eerst gelukt om te werken met vast elektrolyt. Dat is gerealiseerd door het geleren van het waterige zilverelektrolyt met pyrogeen siliciumdioxide. Het gel-elektrolyt dat zo ontstaat, combineert de voordelen van een vaste stof met de elektrochemische eigenschappen van een vloeistof.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items