Крошечный провод из атомов фосфора на кремнии
(Phosphorus atoms make a tiny wire on silicon)
Закон Ома справедлив вплоть до атомных масштабов
Новая техника для встраивания проводов атомного масштаба в кристаллы кремния, показала, что закон Ома остается справедливым для провода толщиной только в четыре атома и в один атом высотой. Результат удивляет, потому что здравый смысл подсказывает, что квантовые эффекты должны вызывать большие отклонения от закона Ома для таких крошечных проводов. Парадоксально, но исследователи надеются, что эти результаты будут способствовать развитию квантовых компьютеров.
В то время как производители чипов упаковывают все увеличивающееся количество схем на кремниевых пластинах, размер транзисторов и других устройств приближается к атомномному масштабу. Помимо чисто технологических проблем создания все более мелких компонент, многие физики обеспокоены тем, что присущая квантовой механике размытость вскоре скажется на знакомых классических законах электроники и не окажутся ли они устаревшими.
Для исследования проводимости в атомном масштабе, Мишель Симмонс (Michelle Simmons), Бент Вебер (Bent Weber) и их коллеги из университета Нового Южного Уэльса в Австралии разработали метод использования атомов фосфора для встраивания атомарно тонких проводящих областей внутрь объемного кристалла кремния. Фосфор имеет на один электрон больше на его внешней оболочке, чем кремний, и если атом кремния заменен атомом фосфора (этот процесс называется р-легирование), то он жертвует свободный электрона для кристалла, тем самым повышая проводимость легированной области.
«Выдающееся достижение»
Физик (конденсированное состояние) Дэвид Ферри (David Ferry) из Университета штата Аризона в США отмечает как «замечательное достижение» команды Симмонс то, что они использовали кончик сканирующего зондового микроскопа для создания канала в кремнии путем удаления слоев атомов кремния. Поверхность затем подвергалась обработке газообразным фосфором с последующим осаждением атомов кремния. В результате получается цепочка атомов фосфора внедренных в кристалл кремния - эффективно атомарная проволочка. Ученые обнаружили, что сопротивление этих проводов была постоянным, вплоть до атомных масштабов. Это означает, что сопротивление такого провода пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади, как и следовало ожидать из закона Ома.
Хотя Симмонс и говорит, что методы, используемые для создания проводов не могут в настоящее время быть развернуты в промышленных масштабах, Ферри полагает, что это ценное доказательство того, что, в принципе, миниатюризация классической электроники может продолжаться в течение нескольких лет. «Фирмы, такие как Intel были обеспокоены тем, что их устройства настолько малы, что они становятся квантовомеханическими в своем поведении», говорит он. Длина затвора транзистора в настоящее время около 22 нм, что примерно составляет 100 расстояний между отдельными атомами кремния. «Есть беспокойство по поводу того, насколько маленькими эти устройства могут стать прежде, чем квантовые эффекты начнут действовать и это исследование показывает, что у нас все еще есть несколько поколений», добавляет Ферри.
Обращаясь к отдельным атомам
Группа Симмонс, однако, не интересуется обычной электроникой, а работает над развитием квантовых компьютеров. Команда надеется использовать отдельные атомы фосфора в качестве квантового бита или кубита. «Мы разрабатываем одноатомные устройства», объясняет Симмонс, «и на этом пути мы поняли, что для того, чтобы адресоваться к одному атома, мы должны быть в состоянии сделать электроды того же размера - и это действительно то, почему мы используем эти провода».
Ферри более скептически настроен не только в смысле подхода, но и о квантовых вычислениях в целом. «Я по праву считаюсь одним из "Antis" в этом мире», говорит он. Действительно, он даже предполагает, что сохранение классического явления на атомном масштабе может затруднить использование атомов фосфора в качестве кубитов.
Тем не менее, Симмонс остается оптимистом. «Пять лет назад, было много потенциальных препятствий для разработки на основе фосфора квантового компьютера, и мы преодолеваем их постепенно, шаг за шагом. На данный момент я думаю, большой проблемой для квантовых вычислений является изготовление масштабируемой системы. Конечно эти провода очень полезны в достижении этой цели», говорит она.
Кто-нибудь знает, есть ли у нас такие разработки, я имею в виду квантовые компьютеры. Если знаете поделитесь. Вроде нано-технологии начали развивать, так что надежда какая-то есть.