Presentado el primer transistor perfecto de un solo átomo

En un hito para la microingeniería, físicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) han creado un transistor operativo compuesto por un solo átomo colocado de forma precisa en un cristal de silicio.

El diminuto dispositivo electrónico, que se describe en un artículo publicado en la revista Nature Nanotechnology, utiliza como componente activo un átomo de fósforo modelado entre electrodos y puertas de control electrostáticas a escala atómica.

Esta precisión atómica sin precedentes ha sido capaz de producir el bloque de construcción básica de un futuro ordenador cuántico con una eficiencia computacional sin precedentes.

Hasta ahora, los transistores de un solo átomo habían sido producidos sólo por casualidad, ya que los investigadores tenían que buscar a través de muchos dispositivos o ajustar los dispositivos de varios átomos hasta aislar uno que funcionase.

«Sin embargo, este dispositivo es perfecto», dice el profesor Michelle Simmons, líder del grupo y director del Centro ARC para la computación cuántica y de la Comunicación en la UNSW. «Esta es la primera vez que se ha demostrado el control de un solo átomo en un sustrato con este nivel de precisión exacta».

El dispositivo microscópico incluso tiene pequeñas marcas visibles grabadas en su superficie de forma que los investigadores pueden conectar contactos de metal y aplicar una tensión, dice el investigador y autor principal, el doctor Martin Fuechsle.

«Nuestro grupo ha demostrado que es realmente posible colocar un átomo de fósforo en un entorno de silicio – exactamente como la necesitamos – con una precisión casi atómica, y al mismo tiempo, registrar puertas», dice.

El dispositivo también es notable, dice el doctor Fuechsle, debido a que sus características electrónicas coinciden exactamente con las predicciones teóricas llevadas a cabo con el grupo del profesor Gerhard Klimeck de la Universidad de Purdue en los EE.UU. y el grupo del profesor Hollenberg, de la Universidad de Melbourne, co-autores del estudio.

El equipo de la UNSW utilizó un microscopio de efecto túnel (STM) para ver y manipular los átomos en la superficie del cristal dentro de una cámara de vacío ultra-alto. Usando un proceso litográfico, modelaron átomos de fósforo en los dispositivos funcionales en el cristal y luego lo cubrieron con una capa no reactiva de hidrógeno.

Los átomos de hidrógeno se eliminaron de manera selectiva en regiones definidas con precisión con la punta de metal superfino del STM. Una reacción química controlada incorporó entonces átomos de fósforo en la superficie de silicio.

Finalmente, la estructura se encapsuló con una capa de silicio y el dispositivo de contacto eléctricamente mediante un complicado sistema de marcadores de alineación en el chip de silicio para alinear la conexión metálica.

Se prevé que los transistores lleguen al nivel de un solo átomo  alrededor de 2020 para mantener el ritmo de la Ley de Moore, que describe una tendencia en curso en el hardware de ordenadores que establece cómo el número de componentes de los chips se duplica cada 18 meses.

Este importante avance ha desarrollado la tecnología para hacer esto posible y antes de lo previsto y da información valiosa a los fabricantes de dispositivos de cómo se comportarán una vez que alcanzan el límite atómico, dice el profesor Simmons.

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