自然-物理:分子大小的晶体管新鲜出炉 砷化铟 最小 开关

顾汉现

作者：Piet W.Brouwer

来源：《自然—物理》

发布时间：2015/8/11 9:34:17

分子大小的晶体管新鲜出炉



砷化铟晶体管的中心是酞菁染料分子，其周围环绕着12个带正电的铟原子。

在一个砷化铟晶体上，12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子，这就是科学家最新研制的分子大小的晶体管。按照摩尔定律的硬限制，这很可能是一个晶体管所能达到的最小尺寸。

新型晶体管是由德国PDI固体电子学研究所、柏林自由大学、日本NTT基础研究实验室和美国海军研究实验室研究人员组成的国际团队开发的。这一发表在科学期刊《自然·物理》上的最新成果朝着量子计算迈出一大步。

构成晶体管的每个铟原子的直径是167皮米（0.167纳米），比目前的最小电路——IBM公司刚刚推出的7纳米芯片（晶体管尺寸为7纳米）要小42倍。人类发丝厚度为10万纳米，大约是铟原子尺寸的60万倍；红血球直径6000纳米，是它的36000倍；甚至只有2.5纳米宽的DNA链，大小也达到了铟原子的15倍。

在这样的原子尺度上，电子流通常很难得到可靠地控制，电子会跳到晶体管外，导致晶体管无效。英国《卫报》网站21日报道称，研究团队使用一个扫描隧道电子显微镜，将铟原子放置在精确位置上，并对通过栅极的电子流进行控制。他们意外发现，位于晶体管中心的酞菁染料分子的方向是由其电荷决定的，这意味着，与传统晶体管只有一种简单的类似开关的状态相比，新型晶体管可能并不只限于此。

研究证明，通过精确控制原子来创建一个比现有任何其他量子系统都要小的晶体管是可能的，它也为进一步研究如何将这些微晶体管应用于处理能力超过目前水平几个数量级的计算机和系统打开了大门。

摩尔定律说，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月到24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。芯片上集成的晶体管越多，其功能越强大。目前最新款计算机芯片已经突破7纳米尺度，向更小型化发展越来越难。虽然单分子晶体管距离集成到芯片中还很遥远，但这项新研究仍将有助于下一代计算机——量子计算机的开发。（陈丹）

http://www.nature.com/nphys/journal/v11/n8/abs/nphys3385.html



http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20158119341773937008.shtm  L