新世界！德国开发出世界上最小的单原子晶体管

德国卡尔斯鲁厄理工学院托Thomas Schimmel教授领导的团队开发出了世界最小的晶体管——单原子晶体管。它是一种在固态凝胶电解质中利用电流控制单个原子位移实现开关的量子电子元件。单原子晶体管可在室温下操作，这会大大减少消耗的电能，并且为未来信息技术开辟了新的应用前景。这项成果已被刊登在《Advanced Materials 》杂志上。


数字化对能源有极大需求。在工业化国家中，信息技术目前用电量占整个工业用电量的10%以上。无论是处理中心、个人电脑、智能手机或嵌入式系统还是从洗衣机到飞机的许多应用中，晶体管是数据处理的中心元件。

一种商用低价的USB存储器就包含了几十亿个晶体管。在未来，由卡尔斯鲁厄理工学院应用物理研究所（APH）Thomas Schimmel教授和他的团队开发的单原子晶体管可能显著提高信息技术的能效。

希梅尔教授是卡尔斯鲁厄理工学院单原子电子与光子研究中心主任，被誉为单原子电子学先驱。他说：“有了这个量子电子元件，能耗将低于传统硅技术电子元件一万倍。”

今年早些时候，被认为是单原子电子学先驱的Schimmel教授被任命为KIT和苏黎世联邦理工大学联合建立的单原子电子学和光子学中心的主任。

在《Advanced Materials》杂志上刊登的论文里，研究人员介绍了如何在只有单一金属原子宽度的缝隙间建立两个微小金属触点，以实现目前晶体管所能达到的最小极限。

希梅尔教授称，“通过电控脉冲，我们单个银原子放入这个间隙，以完成电路闭合；当我们再次将银原子移出间隙时，电路被切断”。

由此实现世界上最小晶体管在接通电源情况下单个原子的受控可逆运动；与传统量子电子元件不同！单原子晶体管不需要在接近绝对零度的低温条件工作！它可以一直在室温下工作.这是未来应用的一个决定性优势。

为开发单原子晶体管，研究人员还开发了一套全新的工艺，单原子晶体管完全由金属构成，不含半导体材料。其结果是所需电压极低，因此能耗也极低。

到目前为止，KIT的研究人员研究的单原子晶体管需要依靠液体电解质。 现在，Thomas Schimmel和他的团队首次设计了一种可在固体电解质中工作的晶体管。 它的工作原理是通过用热解二氧化硅凝胶和水溶性银电解质生产凝胶电解质结合。这结合了固体与液体的电化学性能的优点。从而改善了安全性，更便于提高单原子晶体管的处理能力。

原文来自：nanowerk，原文题目：World's smallest transistor switches current with a single atom in solid state，由材料科技在线团队翻译整理。