Ученые из Мичиганского технологического университета, возглавляемые профессором физики Йок Хин Яп (Yoke Khin Yap), создали электронное устройство, действующее на основе эффекта квантового туннелирования, которое работает подобно полевому FET-транзистру. При этом, новый «квантовый» транзистор полностью работоспособен при обычной комнатной температуре и не содержит никаких полупроводниковых материалов.
Основой нового транзистора является нанотрубка из нитрида бора (boron nitride nanotubes, BNNT), в которую в определенных местах включены квантовые точки (quantum dots), сделанные из золота. Когда к этому устройству прикладывают напряжение достаточного потенциала, оно переключается из изолирующего в токопроводящее состояние. Когда приложенное напряжение снижается ниже какого-то уровня или отключается совсем, структура транзистора возвращается к своему исходному, изолирующему состоянию.
Отличительной особенностью «квантового» транзистора является полное отсутствие каких-либо токов утечки, стекающих из золотых квантовых точек через нанотрубки BNNT. Токи в этом устройстве текут только через квантовые точки благодаря эффекту туннелирования, что делает этот транзистор близким по характеристикам к идеальному транзистору. Следует заметить, что токи утечки являются бичом полупроводниковых транзисторов, за счет них тратится впустую некоторое количество энергии, выделяется лишнее тепло и снижается надежность работы электронных устройств в целом.
Золотые квантовые точки, размером около трех нанометров, устанавливаются на внешней части нанотрубки BNNT с помощью лазера. Высокая точность позиционирования лазера позволяет добиться равномерного размещения квантовых точек по всей поверхности нанотрубок и выдержать строго заданное расстояние между ними. Благодаря участию в данных исследованиях ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж удалось установить на концах нанотрубок BNNT токосъемные и токоподводящие электроды специальной формы.
Когда на подключенные к нанотрубке с золотыми квантовыми точками электроды было подано электрическое напряжение достаточного потенциала, произошло следующее — электроны начали проходить через нанотрубку, «перепрыгивая» за счет квантового туннелирования от одной золотой точки к другой, т.е. через транзистор потек электрический ток. Квантовые точки настолько малы, что за один раз в них может уместиться всего один электрон, а из-за строго выдержанного расстояния между квантовыми точками электроны всегда движутся по одному и тому же пути. Такие особенности функционирования «квантового» транзистора делают его устройством с невероятно стабильными электрическими характеристиками, слабо зависящими от всевозможных внешних условий.
Еще одним несомненным преимуществом нового транзистора являются его малые размеры, один микрон длиной и 20 нанометров шириной. «В теории, размеры каналов квантового туннелирования могут быль миниатюризированы до крайне малого размера, когда расстояние между электродами будет составлять лишь малую часть нанометра» — пишут ученые в официальном заявлении, — «Это именно те размеры, в которых будет нуждаться электроника через какое-то время».
