德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院托馬斯·希梅爾教授領(lǐng)導的團隊開(kāi)發(fā)出了單原子晶體管——一種利用電流控制單個(gè)原子位移實(shí)現開(kāi)關(guān)的量子電子元件。單原子晶體管可在室溫下操作，并消耗很少電能，這為未來(lái)信息技術(shù)開(kāi)辟了新的應用前景。這項成果已被刊登在《先進(jìn)材料》雜志上。

數字化對能源有巨大需求，在工業(yè)化國家中，信息技術(shù)目前用電量占整個(gè)工業(yè)用電量的10%以上，無(wú)論是計算機處理中心、個(gè)人電腦，還是從洗衣機到智能手機的各種嵌入式應用系統。目前一個(gè)幾歐元的USB存儲器就含有上億個(gè)晶體管�？�爾斯魯厄理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的單原子晶體管未來(lái)可顯著(zhù)提高信息技術(shù)的能源效率，希梅爾教授稱(chēng)，“有了這個(gè)量子電子元件，能耗將低于傳統硅技術(shù)電子元件一萬(wàn)倍”。希梅爾教授是卡爾斯魯厄理工學(xué)院?jiǎn)卧�子電子與光子研究中心主任，被譽(yù)為單原子電子學(xué)先驅。

在《先進(jìn)材料》雜志上刊登的論文里，研究人員介紹了如何在只有單一金屬原子寬度的縫隙間建立兩個(gè)微小金屬觸點(diǎn)，實(shí)現目前晶體管所能達到的最小極限。希梅爾教授稱(chēng)，“我們在此縫隙通過(guò)電控脈沖移動(dòng)單個(gè)銀原子，完成電路閉合；當我們再將銀原子移出縫隙，電路被切斷”，由此實(shí)現世界上最小晶體管在接通電源情況下單個(gè)原子的受控可逆運動(dòng)。與傳統量子電子元件不同，單原子晶體管不需要在接近絕對零度的低溫條件工作，它可以一直在室溫下工作，這是未來(lái)應用的一個(gè)決定性?xún)?yōu)勢。

為開(kāi)發(fā)單原子晶體管，卡爾斯魯厄理工學(xué)院研究人員還開(kāi)發(fā)了一套全新的工藝，單原子晶體管完全由金屬構成，不含半導體材料。其結果是所需電壓極低，因此能耗也極低。研究人員之前制作單原子晶體管需要依靠液體電解質(zhì)，現在希梅爾教授及其團隊首次應用固體電解質(zhì)的工作原理，通過(guò)水溶性銀電解質(zhì)凝膠與熱解法二氧化硅凝膠電解質(zhì)結合，從而改善了安全性，更便于單原子晶體管的處理。