Il transistor fatto di un solo atomo rappresenta il limite fisico della Legge di Moore?

 In un articolo pubblicato poco meno di tre mesi fa su Nature Nanotechnology un gruppo di ricercatori (University of New South Wales, Purdue University,  University of Melbourne) ha sperimentato il più piccolo transistor mai costruito. Lo straordinario risultato, che rappresenta di fatto il capolinea della Legge di Moore, è stato possibile utilizzando un atomo di Fosforo. 

Cinquant'anni fa nessuno poteva immaginare quale cambiamento epocale avrebbe portato l'introduzione del transistor. Ora, spostando le dimensioni dell'elettronica su scala atomica stiamo attraversando un secondo cambiamento epocale. La Legge di Moore afferma che il numero di transistor di cui sono composte raddoppia ogni 18 mesi, parallelamente alle prestazioni delle CPU. L'ultimo chip della Intel ("Sandy Bridge") utilizza 2.3 miliardi transistor entro un raggio di 32 nanometers. Un singolo atomo di Fosforo, per contro, è largo appena 0.1 nanometri. Il transistor mono-atomico ha però una rilevante limitazione: deve essere mantenuto a - 391 gradi Fahrenheit (-196 gradi Celsius).

A single-atom transistor

Martin Fuechsle, Jill A. Miwa, Suddhasatta Mahapatra, Hoon Ryu, Sunhee Lee, Oliver Warschkow, Lloyd C. L. Hollenberg, Gerhard Klimeck, Michelle Y. Simmons [Nature Nanotechnology 7, 242–246 (2012) doi:10.1038/nnano.2012.21 Published online: 19 February 201] 

Abstract

The ability to control matter at the atomic scale and build devices with atomic precision is central to nanotechnology. The scanning tunnelling microscope can manipulate individual atoms and molecules on surfaces, but the manipulation of silicon to make atomic-scale logic circuits has been hampered by the covalent nature of its bonds. Resist-based strategies have allowed the formation of atomic-scale structures on silicon surfaces, but the fabrication of working devices—such as transistors with extremely short gate lengths, spin-based quantum computers and solitary dopant optoelectronic devices—requires the ability to position individual atoms in a silicon crystal with atomic precision. Here, we use a combination of scanning tunnelling microscopy and hydrogen-resist lithography to demonstrate a single-atom transistor in which an individual phosphorus dopant atom has been deterministically placed within an epitaxial silicon device architecture with a spatial accuracy of one lattice site. The transistor operates at liquid helium temperatures, and millikelvin electron transport measurements confirm the presence of discrete quantum levels in the energy spectrum of the phosphorus atom. We find a charging energy that is close to the bulk value, previously only observed by optical spectroscopy.