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原標(biāo)題:德國(guó)開(kāi)發(fā)出世界最小單原子晶體管

科技日?qǐng)?bào)柏林8月14日電 (記者顧鋼)德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院托馬斯·希梅爾教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了單原子晶體管——一種利用電流控制單個(gè)原子位移實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的量子電子元件。單原子晶體管可在室溫下操作,并消耗很少電能,這為未來(lái)信息技術(shù)開(kāi)辟了新的應(yīng)用前景。這項(xiàng)成果已被刊登在《先進(jìn)材料》雜志上。

數(shù)字化對(duì)能源有巨大需求,在工業(yè)化國(guó)家中,信息技術(shù)目前用電量占整個(gè)工業(yè)用電量的10%以上,無(wú)論是計(jì)算機(jī)處理中心、個(gè)人電腦,還是從洗衣機(jī)到智能手機(jī)的各種嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。目前一個(gè)幾歐元的USB存儲(chǔ)器就含有上億個(gè)晶體管??査刽敹蚶砉W(xué)院開(kāi)發(fā)的單原子晶體管未來(lái)可顯著提高信息技術(shù)的能源效率,希梅爾教授稱,“有了這個(gè)量子電子元件,能耗將低于傳統(tǒng)硅技術(shù)電子元件一萬(wàn)倍”。希梅爾教授是卡爾斯魯厄理工學(xué)院?jiǎn)卧与娮优c光子研究中心主任,被譽(yù)為單原子電子學(xué)先驅(qū)。

在《先進(jìn)材料》雜志上刊登的論文里,研究人員介紹了如何在只有單一金屬原子寬度的縫隙間建立兩個(gè)微小金屬觸點(diǎn),實(shí)現(xiàn)目前晶體管所能達(dá)到的最小極限。希梅爾教授稱,“我們?cè)诖丝p隙通過(guò)電控脈沖移動(dòng)單個(gè)銀原子,完成電路閉合;當(dāng)我們?cè)賹y原子移出縫隙,電路被切斷”,由此實(shí)現(xiàn)世界上最小晶體管在接通電源情況下單個(gè)原子的受控可逆運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)量子電子元件不同,單原子晶體管不需要在接近絕對(duì)零度的低溫條件工作,它可以一直在室溫下工作,這是未來(lái)應(yīng)用的一個(gè)決定性優(yōu)勢(shì)。

為開(kāi)發(fā)單原子晶體管,卡爾斯魯厄理工學(xué)院研究人員還開(kāi)發(fā)了一套全新的工藝,單原子晶體管完全由金屬構(gòu)成,不含半導(dǎo)體材料。其結(jié)果是所需電壓極低,因此能耗也極低。研究人員之前制作單原子晶體管需要依靠液體電解質(zhì),現(xiàn)在希梅爾教授及其團(tuán)隊(duì)首次應(yīng)用固體電解質(zhì)的工作原理,通過(guò)水溶性銀電解質(zhì)凝膠與熱解法二氧化硅凝膠電解質(zhì)結(jié)合,從而改善了安全性,更便于單原子晶體管的處理。

責(zé)任編輯:金林舒

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