Un atomo per transistor

Più piccoli sono i transistor, più se ne possono stipare in un solo chip, e più quel chip sarà potente. Questa equazione guida la ricerca nel campo dell’elettronica e dell’informatica da sempre e la miniaturizzazione si è spinta così in là che si è riusciti persino a creare transistor di un singolo atomo. L’ultimo della serie monoatomica, realizzato con il fosforo, è appena uscito dai laboratori di Michelle Simmons dell’Università del Nuovo Galles del Sud a Sidney, in Australia, e sembra parecchio migliore dei suoi predecessori. 

Un transistor è un pezzetto di un materiale in grado di condurre l’elettricità e che, posto tra due elettrodi, può funzionare come un interruttore e come un amplificatore del segnale. I ricercatori hanno ricoperto un foglio di silicio con uno strato di idrogeno e hanno usato una punta di un particolare microscopio, detto a effetto tunnel, per rimuovere in modo estremamente preciso solo alcuni atomi di idrogeno, seguendo un disegno prestabilito. Poi hanno preso due paia di striscioline di questo materiale e le hanno disposte perpendicolarmente le une alle altre, giustapponendo un piccolo rettangolo di appena sei atomi di silicio nel mezzo. Il tutto è stato poi esposto a fosfuro di idrogeno (PH₃) gassoso ed è stato fornito calore: in questo modo gli atomi di fosforo, conduttivi, si sono legati al silicio e, in particolare, un solo atomo si è andato a posizionare sul rettangolo centrale. 

E il bello sta proprio qua. La parte più difficile nella realizzazione di transistor monoatomici, infatti, sta nel riuscire a posizionarli esattamente là dove li si vuole. Un passaggio fondamentale perché questa tecnologia possa passare alla fase applicativa. 

Il risultato del procedimento messo a punto da Simmons è un sistema formato da 4 elettrodi di fosforo e un atomo centrale dello stesso elemento. Come descritto su Nature Nanotechnology, gli elettrodi di ciascuna coppia sono separati da una distanza pari a 108 nanometri (milionesimi di millimetro). Se si crea una differenza di potenziale, la corrente passa per forza attraverso il singolo atomo di fosforo centrale, che quindi funziona da transistor. 

L’applicazione, però, è lontana. Come fa notare il fisico Bruce Kane dell’Università del Maryland (che non ha partecipato allo studio) su New Scientist, il transistor funziona solo per temperature prossime allo zero assoluto (inferiori al grado Kelvin, -272,15 °C) e la sua realizzazione è ancora complicata e lenta. “Vero – ribatte Simmons – ma questa resta pur sempre una delle poche tecniche che permetteranno di costruire un dispositivo di un solo atomo”. 

Intanto c’è chi crede che il futuro di questa tecnologia sia nei futuri computer quantistici, come Jeremy Levy dell’Università di Pittsburgh in Pennsylvania. “Lo spin degli elettroni in atomi di fosforo isolati possono rappresentare i qubit, l’equivalente quantistico dei bit. Controllare l’interazione tra qubit richiede di conoscere esattamente dove questi atomi si trovano. Ora che questo primo passo è fatto, la prossima sfida è far comunicare due di questi transistor”. 

via wired.it