Quantentransistor aus einem einzigen Atom

Phosphor im Silizium

Finnische und australische Wissenschaftler haben einen der ersten Transistoren gebaut, dessen Schaltelement nur aus einem einzelnen Atom besteht. Für die gängige Halbleiterfertigung ist das Verfahren aber nicht gedacht, vielmehr soll es künftigen Quantencomputern dienen.

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Wissenschaftler der technischen Universität von Helsinki und der Universitäten von New South Wales und Melbourne in Australien haben auf Basis von Silizium einen neuartigen Transistor im Labor gebaut. Das traditionelle Halbleitermaterial kommt dabei aber nur als Träger zum Einsatz, um eine Schicht aus Elektronen unter einem Gate aus Aluminium zu bilden.

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Diese Schicht am Siliziumoxid bezeichnen die Forscher als "zweidimensional", es handelt sich also um eine regelmäßige Struktur aus einem Elektronenfilm. Als Schaltelement sitzt zwischen den Gates eine dünne Spur aus Phosphor, die nur eine Atomlage dick ist. An diesem Material tritt ein quantenmechanischer Tunneleffekt auf.

Ob die Elektronen durch das Phosphor tunneln oder nicht, lässt sich durch die Spannung an den beiden Aluminium-Gates bestimmen. Je nach Spannung lässt sich dabei am Phosphor ein Spin der Elektronen in Richtung Up oder Down beobachten - die Schaltung verhält sich also wie ein Quantentransistor mit einem Qubit und ähnelt einem Feldeffekt-Transistor (FET).

Für Quantencomputer, die in der letzten Zeit große Fortschritte machten, ist die Konstruktion auch vornehmlich gedacht. Von einer Anwendung in der klassischen Halbleiterfertigung sprechen die Forscher bisher nicht. Dort wäre das sehr aggressive Element Phosphor auch eine große Neuerung, deren kontrollierte Anwendung in der Serienfertigung erst erforscht werden müsste.

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