Cyfryzacja skutkuje wysokim zużyciem energii. W krajach uprzemysłowionych udział technologii informatycznych w całkowitym zużyciu energii wynosi obecnie ponad 10%. Tranzystor jest centralnym elementem cyfrowego przetwarzania danych w centrach obliczeniowych, komputerach PC, smartfonach lub systemach wbudowanych dla wielu zastosowań od pralki po samolot. Dostępna na rynku tania pamięć flash zawiera już kilka miliardów tranzystorów. W przyszłości tranzystor jednoatomowy opracowany przez profesora Thomasa Schimmela i jego zespół w Instytucie Fizyki Stosowanej (APH) może znacznie zwiększyć efektywność energetyczną w informatyce. Ten kwantowy element elektroniczny umożliwia przełączanie energii mniejszych niż w konwencjonalnych technologiach krzemowych. Na początku tego roku profesor Schimmel, uważany za pioniera elektroniki jednoatomowej, został mianowany współdyrektorem Centrum Elektroniki Jednolitej i Fotoniki ustanowionego wspólnie przez KIT i ETH Zurich.

W materiałach zaawansowanych naukowcy z KIT prezentują tranzystor, który osiąga granice miniaturyzacji. Naukowcy nawiązali dwuminutowe, metalowe kontakty. Pomiędzy nimi znajduje się szczelina tak szeroka, jak pojedynczy srebrny metalowy atom. "Za pomocą elektrycznego impulsu sterującego umieszczamy w tej szczelinie pojedynczy atom i zamykamy obwód" wyjaśnia profesor Thomas Schimmel. "Po ponownym usunięciu srebrnego atomu obwód zostaje przerwany. Najmniejszy na świecie tranzystor przełącza prąd poprzez kontrolowany odwracalny ruch pojedynczego atomu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych komponentów elektroniki kwantowej tranzystor jednoatomowy działa nie tylko w skrajnie niskich temperaturach bliskich zeru absolutnemu, tj. -273 ° C, ale już w temperaturze pokojowej. Jest to duża zaleta dla przyszłych aplikacji.

Jednoatomowy tranzystor jest oparty na zupełnie nowym podejściu technicznym. Tranzystor składa się wyłącznie z metalu. Nie używa się półprzewodników. Skutkuje to bardzo niskim napięciem elektrycznym, a tym samym bardzo niskim zużyciem energii. Do tej pory tranzystor jednatomowy KIT stosował ciekły elektrolit. Teraz Thomas Schimmel i jego zespół zaprojektowali tranzystor, który działa w oparciu o solidny elektrolit. Elektrolit żelowy produkowany w procesie żelowania wodnego elektrolitu srebrnego z pirogenicznym dwutlenkiem krzemu łączy w sobie zalety substancji stałej z właściwościami elektrochemicznymi cieczy. W ten sposób poprawia się zarówno bezpieczeństwo, jak i obsługa tranzystora jednatomowego.

Czy w niedalekiej przyszłości procesory osiągną 1THz lub więcej ? Czas pokaże.

Źródło: Google, Karlsruher Institut für Technologie (KIT).