德国开发出世界最小单原子晶体管

德国卡尔斯鲁厄理工学院的托马斯·希梅尔教授领导的团队开发了一种单原子晶体管，这是一种量子电子元件，它利用电流控制单个原子的位移来进行开关。单原子晶体管可以在室温下工作，功耗小，为未来信息技术开辟了新的应用前景。这一成果已发表在《先进材料》杂志上。

数字化对能源有巨大的需求。在工业化国家，信息技术目前占工业总能耗的10%以上，无论是计算机处理中心、个人计算机，还是从洗衣机到智能手机的各种嵌入式应用系统。目前，一个几欧元的USB存储器包含数亿个晶体管。卡尔斯鲁厄理工学院开发的单原子晶体管可以在未来显著提高信息技术的能效。希梅尔教授说，“有了这种量子电子元件，能耗将比传统的硅电子元件低10000倍”。希梅尔教授是卡尔斯鲁厄理工学院单原子电子学和光子研究中心的主任，被誉为单原子电子学的先驱。

在发表在《先进材料》杂志上的一篇论文中，研究人员描述了如何在只有一个金属原子宽度的间隙之间建立两个微小的金属接触，以达到晶体管目前能达到的最小极限。希梅尔教授说，“我们在这个间隙中移动一个银原子通过一个电子控制脉冲来完成电路闭合。当我们再次把银原子移出这个间隙时，电路就被切断了”，这样，当世界上最小的晶体管被接通时，就实现了单个原子可控的可逆运动。与传统的量子电子元件不同，单原子晶体管不需要在接近绝对零度的低温下工作。它们总是可以在室温下工作，这对于未来的应用来说是一个决定性的优势。

为了开发单原子晶体管，卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员也开发了一种全新的工艺。单原子晶体管完全由金属制成，不含半导体材料。因此，所需的电压极低，所以能量消耗也极低。研究人员过去依靠液体电解质制造单原子晶体管。现在，希梅尔教授和他的团队首次应用了固体电解质的工作原理，将水溶性银电解质凝胶与气相硅胶电解质相结合，从而提高了安全性，并有利于单原子晶体管的加工。