Путовање атома

Замислите да пратите путовање једног јединог атома кроз мајушни транзистор. Одмах се намеће радознало питање: чему то може да послужи?

Истраживачи са универзитета за технологију Делфт и из Задужбине за проучавање материје (Холандија) то су, управо, обелоданили у угледном научном часопису "Физикал ривју летерс". И објаснили да су у стању да мере својства и баратају обогаћеним атомом у стварним полупроводничким условима.

Шта то значи обогаћеним?

У електронској индустрији се одавно користе полупроводнички материјали, претежно силицијум, којима се додају атоми неких других да би се побољшала проводљивост. Стручним језиком, појава се назива допирање (слично допинговању спортиста). Силицијум мало загадите или унесете извесне нечистоће да бисте постигли жељене електричне особине.

Са непрекидним смањивањем састојака микропроцесора (минијатуризација), наилази се на препреке предвиђене начелима физике. Постоји коначна граница до које ће се стићи за десет-петнаест година, одавно описана познатим Муровим законом. Појединачни зачињени атоми суочавају се с кудикамо већим искушењем: на путу му се испречи нешто знатно већих размера, налик балвану у поређењу с најмањом основном честицом (састоји се од три кварка које ниједном данашњом силом није могуће раставити).

Холандски научници су се упустили у надгледање таквог путешествија које је једино видљиво под веома увеличавајућим микроскопима. И шта су запазили?

Одраније је познато да се два чипа (микропроцесори), иако начињена истоветним поступком, у стварности, донекле, различито владају. Имајући у виду да се број додатних (допинг) атома сваки пут снижава због помињане минијатуризације, стигло се до неколико туцета које су стручњаци у стању да надгледају. А понашање сваког појединачног делује на остале у низу (колони), што значи да утиче на испуњење задатака намењених транзистору.

У крајњем исходу, потпуно истоветни транзистори испољавају другачије одлике, због чега су микроелектроничари већ узнемирени. За неколико година, наиме, упашће у шкрипац из којег нема излаза.

Зато су се две холандске истраживачке установе определиле да изуче кретање појединачног атома, покушавајући да га усмеравају и мере стања у која је доспео.

У ту сврху изабрали су нарочиту фотроничку справу која бележи пренос електричног набоја у атому. Поврх тога, она је снимала квантномеханичка својства честице, омогућавајући тако истраживачима да убацују један или два електрона да круже својим путањама око протона.

За узорак су узели усавршени индустријски транзистор, израђен у истраживачком центру у Лувену (Белгија), који се састојао од сићушних жица приближне дебљине 35 нанометара (нанометар је милионити део милиметра). Кроз танушне проводнике пропустили су један обогаћени атом арсена. Жичица је повезана на улаз (gate) којим је стизао електрични напон. Потанким мерењем електричних својстава честице од улаза до излаза уочили су веома занимљиве учинке.

Дотично истраживање неће одмах разрешити све недоумице будуће наноелектронике, али је омогућило нови увид у квантномеханичко понашање транзистора у нано-величинама. Уједно су сазнали шта се догађа у чврстим материјалима у толико малим размерама, што ће искористити у осмишљавању појединих врста квантних компјутера.

Зачињени или допинговани атоми силицијума примениће се, нема сумње, у изради разноврсних нанотехнолошких направа.

--------------------------------------------------------------------------

Наноклавир

Друга група истраживача из две поменуте научне установе недавно је први пут извела подешавање најмање на свету клавирске жице. Мајушна жица је извучена из наноцевчице која је, у просеку, била дугачка један микрометар (хиљадити део милиметра), а у пречнику имала два нанометра (милионити део).

Кад су је прикачили и затегли, измерили су коликом учесталошћу трепери – неколико десетинки мегахерца. Понашала се као свака жица на клавиру или гитари.

Наравно, сврха проучавања није израда мајушног музичког инструмента (писано), већ треперење наножица које ће се користити у појединим сензорима. На пример, разлика у титрању може да открије један једини вирус.