ترانزيستور تک‌الکترونی Sketch-SET

ترجمه: علی حسينی

يکی از اجزای اصلی کامپيوترهای کوانتومی در آينده
اشاره:
ساينس ديلی به‌تازگی گزارشی را منتشر کرد که موضوع آن ساخت يک ترانزيستور تک‌الکترونی بود. اين ترانزيستور که محققان چند دانشگاه در توسعه آن سهيم بوده‌اند، هنوز يک محصول آزمايشگاهی محسوب می‌شود که می‌تواند در آينده به عنوان يکی از اجزای اصلی کامپيوترهای کوانتومی به شمار آيد

ساينس ديلی به‌تازگی گزارشی را منتشر کرد که موضوع آن ساخت يک ترانزيستور تک‌الکترونی بود. اين ترانزيستور که محققان چند دانشگاه در توسعه آن سهيم بوده‌اند، هنوز يک محصول آزمايشگاهی محسوب می‌شود که می‌تواند در آينده به عنوان يکی از اجزای اصلی کامپيوترهای کوانتومی به شمار آيد.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه پيتسبورگ توانسته‌اند ترانزيستوری تک‌الکترونی بسازند. اين موفقيت را می‌توان سرآغازی بر ساخت حافظه‌های کامپيوتری جديد و قدرتمندتر و نيز شروعی بر ساخت تجهيزات الکترونيکی پيشرفته دانست. ضمن اين‌که اين ترانزيستور می‌تواند جزء اصلی کامپيوترهای کوانتومی آينده محسوب شود. به گزارش نيچر نانوتکنولوژی، بخش مرکزی اين ترانزيستور، به اصطلاح جزيره‌ای که قطر آن تنها 1,5 نانومتر است فقط با يک يا دو الکترون کار می‌کند. چنين قابليتی باعث می‌شود تا بتوانيم از اين ترانزيستور در گستره وسيعی از کاربردهای ديگر‌استفاده کنيم که از آن جمله می‌توان به‌ساخت حافظه‌های بسيار فشرده يا پرچگال و پردازنده‌های کوانتومی اشاره كرد. همچنين به کارگيری اين ترانزيستورها می‌تواند ساخت تجهيزات پيشرفته‌ای را در پی داشته باشد که می‌توان از آن‌ها در حل برخی از پيچيده‌ترين مسائل بهره گرفت؛ مسائلی که حل آن‌ها حتی با استفاده از مجموعه‌ بزرگی از کامپيوترها ميلياردها سال زمان می‌برد.

به گفته جرمی لوی، پژوهشگر ارشد و پروفسور فيزيک و ستاره‌شناسی در کالج هنر و علوم دانشگاه پيتسبورگ، از اين جزيره مرکزی کوچک می‌توان در ساخت يک اتم مصنوعی جهت توسعه مجموعه‌های جديدی از مواد الکترونيکی مصنوعی بهره‌برد. برای نمونه می‌توان به ساخت ابررسانا‌هایی اشاره کرد که قابليت‌های جديدی دارند که در ديگر مواد طبيعی يافت نمی‌شود. لوی‌ در اين پژوهش با گوانگلی‌چنگ دانشجوی فارغ‌التحصيل رشته فيزيک و ستاره‌شناسی‌ و نيز فنگ بی، دانيلا بوگورين و چنگ سن از پژوهشگران فيزيک و ستاره‌شناسی اين دانشگاه همکاری می‌کرد. پژوهشگران دانشگاه پيتسبورگ همچنين با گروه تحقيقاتی ديگری از دانشگاه ويسکانسين همکاری داشتند که سرپرستی آن‌ها به عهده چانگ بئوم‌ائوم پروفسور علوم و مهندسی مواد بود و سه پژوهشيار، يعنی چانگ وون بارک، جائه وان پارک و چاد فولکمن او را همراهی می‌کردند. اعضای ديگر اين گروه عبارت بودند از، گيلبرتو مدريوس ريبريو از HP Labs و پابلو اف. سيلس از دانشجويان دکترای دانشگاه کامپيناس برزيل. لوی و همکارانش اين محصول جديد را SketchSET نام‌گذاری کردند. آن‌ها با استفاده از يك روش جديد، سيم و ترانزيستورهایی ساخته‌اند که ابعاد آن‌ها در مقياس نانومتر است و در لايه کريستالی استرونتيوم تيتانيت و يک لايه واسط 1,2 نانومتری از لانتانيوم آلومينيت قرار می‌گيرند. اين قطعه‌های الکترونيکی، می‌توانند حذف شوند و در لايه واسط دوباره مورد استفاده قرار بگيرند. Sketch-SET نخستين ترانزيستور تک‌ا‌لکترونی است که به طور کامل از مواد اکسيدی (شامل جزيره‌ای که می‌تواند تا دو الکترون را در خود جای دهد) ساخته شده‌است. با توجه به اين‌که تعداد الکترون‌های موجود در جزيره صفر، يک يا دو عدد باشد، خواص رسانش متفاوتی ايجاد می‌‌شود. همچنين سيم‌هایی که از يک ترانزيستور کشيده می‌شوند الکترون‌های ديگر را در گستره جزيره جابه‌جا می‌کنند. يکی از مزيت‌های ترانزيستورهای تک‌الکترونی حساسيت بسيار بالای آن نسبت به بار الکتريکی است. ويژگی ديگر مواد اکسيدی فروالکتريسيته1 آن‌ها است که باعث می‌شود ترانزيستور بتواند به صورت يک حافظه جامد (solid-state) عمل کند. وضعيت فروالکتريسيته می‌تواند در غياب الکتريسيته خارجی کنترل تعدادی از الکترون‌های موجود در جزيره را به دست بگيرد که در نتيجه از اين ويژگی‌ می‌توان در نمايش وضعيت 0 يا 1 يک خانه حافظه استفاده کرد. به گفته لوی اگر يک حافظه کامپيوتری اين ويژگی را داشته باشد، خواهد توانست اطلاعات را حتی زمانی که خود پردازنده خاموش شده‌است در خود نگه دارد. همچنين احتمال داده می‌شود، ويژگی فروالکتريسيته نسبت به تغييرات ناچيز فشار در مقياس نانومتر حساس باشد و در نتيجه بتوان از قطعه‌های مبتنی بر اين فناوری به عنوان بار يا حسگر نيرو در مقياس نانو
استفاده کرد.