在卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)，物理學(xué)家Thomas Schimmel教授及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了世界上最小的單原子晶體管。該量子電子元件通過控制單個(gè)原子的重新定位來切換電流，現(xiàn)在也在凝膠電解質(zhì)中處于固態(tài)。單原子晶體管在室溫下工作，消耗的能量非常少，這為信息技術(shù)開辟了全新的視角。晶體管在Advanced Materials中展示。

數(shù)字化導(dǎo)致高能耗。在工業(yè)化國(guó)家，信息技術(shù)目前占總功耗的比例超過10%。晶體管是計(jì)算中心，PC，智能手機(jī)或嵌入式系統(tǒng)中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理的核心元素，適用于從洗衣機(jī)到飛機(jī)的許多應(yīng)用。市售的低成本USB記憶棒已經(jīng)包含數(shù)十億個(gè)晶體管。將來，KIT教授應(yīng)用物理研究所(APH)的Thomas Schimmel教授及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)的單原子晶體管可以大大提高信息技術(shù)的能效。“這種量子電子元件使開關(guān)能量比傳統(tǒng)硅技術(shù)的能量小10,000倍，” 物理學(xué)家和納米技術(shù)專家Schimmel說，他在APH，納米技術(shù)研究所(INT)和KIT能源系統(tǒng)材料研究中心(MZE)進(jìn)行研究。今年早些時(shí)候，Schimmel教授被認(rèn)為是單原子電子學(xué)的先驅(qū)，他被任命為KIT和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院聯(lián)合成立的單原子電子和光子學(xué)中心的聯(lián)合主任。

在Advanced Materials中，KIT研究人員展示了達(dá)到小型化極限的晶體管?？茖W(xué)家們制作了兩分鐘的金屬接觸。在它們之間，存在與單個(gè)金屬原子一樣寬的間隙。“通過電控脈沖，我們將一個(gè)銀原子放入這個(gè)間隙并關(guān)閉電路，”Thomas Schimmel教授解釋道。“當(dāng)再次移除銀原子時(shí)，電路會(huì)中斷。” 世界上最小的晶體管通過單個(gè)原子的受控可逆運(yùn)動(dòng)來切換電流。與傳統(tǒng)的量子電子元件相反，單原子晶體管不僅在接近絕對(duì)零度即-273℃的極低溫度下工作，而且已經(jīng)在室溫下工作。這是未來應(yīng)用的一大優(yōu)勢(shì)。

單原子晶體管基于全新的技術(shù)方法。晶體管完全由金屬組成，不使用半導(dǎo)體。這導(dǎo)致極低的電壓，因此能量消耗極低。到目前為止，KIT的單原子晶體管已經(jīng)應(yīng)用了液體電解質(zhì)?，F(xiàn)在，Thomas Schimmel和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種可在固體電解質(zhì)中工作的晶體管。通過用熱解二氧化硅膠凝含水銀電解質(zhì)而產(chǎn)生的凝膠電解質(zhì)結(jié)合了固體的優(yōu)點(diǎn)和液體的電化學(xué)性質(zhì)。這樣，改善了單原子晶體管的安全性和操作性。