Transistores compostos por grupos de átomos ou de átomos únicos tem potencial para ser a base da próxima geração de computadores, com memória e poder de processamento sem precedentes. Mas para que isso seja possível, é preciso definir um método que permita produzir cópias desses componentes reconhecidamente difíceis de fabricar.
Um método para produzir os dispositivos em escala atômica foi desenvolvido por pesquisadores do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da University of Maryland. A equipe do instituto foi a segunda no mundo a produzir um transistor e a primeira a fabricar transistores de elétron único com controle em escala atômica sobre a geometria do dispositivo.
Quando as lacunas são extremamente pequenas, como nos transistores em miniatura, é importante o tunelamento quântico. Porque no caso desses dispositivos os elétrons não teriam energia suficiente para transpor a barreira elétrica nos transistores sendo, portanto, um processo proibido pela física clássica.
Assim, o controle preciso do tunelamento quântico é essencial por possibilitar que os transistores fiquem emaranhados ou interligados de maneira possível apenas pela mecânica quântica. Esse controle também cria a possibilidade de criar qubits.
Os cientistas demonstraram que poderiam ajustar com precisão a taxa com a qual elétrons individuais fluem através de uma barreira elétrica em seus transistores.
Novo método
Para criar os transistores foi usada uma técnica na qual um chip de silício é coberto com camada de átomos de hidrogênio que se liga ao silício. Depois um microscópio de tunelamento com varredura remove alguns desse átomos de lugares selecionados. O hidrogênio não removido atua como uma barreira quando fosfina é adicionada à superfície de silício. As moléculas do gás se ligam apenas aos locais onde o hidrogênio foi removido.
Depois disso, a superfície é aquecida fazendo com que a fosfina libere hidrogênio e assim os átomos de fósforo restantes ficam embutidos na superfície. Com mais processos os átomos de fósforos criam a base para uma série de dispositivos altamente estáveis de átomo único ou poucos átomos, que têm potencial para servir como qubits.
Selar os átomos de fósforo com camadas de silício e fazer contato elétrico com átomos embutidos foram, aparentemente, passos essenciais para fazer, com confiança, cópias de dispositivos atomicamente precisos. A equipe depositou as primeiras camadas de silício em temperatura ambiente, aplicando calor apenas quando as camadas subsequentes foram depositadas. Isso permitiu que os átomos de fósforo não saíssem do lugar.
Silver Richard, um dos pesquisadores envolvidos, falou que um único átomo fora do lugar pode alterar propriedades dos componentes elétricos que caracterizam pequenos grupos de átomos ou átomos únicos.
Por fim, uma camada de paládio aplicada a regiões específicas foi aquecida e reagiu com o silício formando uma liga condutora. Essa nova técnica foi criada pela equipe para fazer contato elétrico com os átomos em camadas internas, uma vez que o material aquecido penetrou o silício e fez contato com os átomos de fósforo.
Como a produção de transistores de átomo único é bastante complexa, Richter considera que a exposição dos procedimentos adotados pelos cientistas permite que outras equipes sigam esse caminho sem precisar proceder por tentativa e erro. [NIST, Communications Physics, Advanced Functional Materials]