Hunter
Moore törvényét erősíti a nanovezeték
Nem minden veti alá magát a kvantum mechanika furcsa törvényeinek nanoméreteken. Egy ausztrál kutató csoport által létrehozott atomi méretű vezetékek ugyanazokat az elektromos tulajdonságokat mutatják, mint hagyományos megfelelőik, ami jó hír a hagyományos számítógépeknek, mivel ezek a parányi vezetékek tovább zsugoríthatják a processzorokat. Ugyanakkor rossz hír a szupergyors kvantum számítógépeknek, amik majdan felváltanák a jelenlegi generációt.
Eddig a hagyományos számítógépek követték Moore törvényét, a tranzisztorok sűrűsége körülbelül két évente megduplázódik, egyre jobb teljesítményt és egyre kisebb eszközöket eredményezve. Ezt a tendenciát azonban egyre nehezebb tartani. A fémvezetékek szélességének nanométerekben mérhetőre való csökkenésével ellenállásuk nő, az elektronok ugyanis elkezdenek kölcsönhatásba lépni a közeli felületekkel, egyre több hőt szórva szét, ami miatt csökkenni kezd a hatékonyságuk.
Nanoméreteken általában a kvantum viselkedés dominál. Például az egész vezeték létezhet az állapotok egy szuperpozíciójában az úgynevezett kvantum koherencia miatt. Az elektronok hullámtermészete a vezetékben interferenciát okozhat, lerombolva azokat az elektromos tulajdonságokat, amik nagyobb méreteken működnek. Most Michelle Simmons, az ausztrál Új Dél-Walesi Egyetem kutatója munkatársaival mindössze 1,5 nanométeres, 4 atom széles és 1 atom magas csatornákat mart egy szilícium chipbe, ami ugyanúgy viselkedik, mint a nagyobb vezetékek. A trükk a foszfor atomok alkalmazása volt. Az atomi méretű vezetéket pásztázó alagútmikroszkóp (STM) technikát alkalmazva szilícium kristályban feszítették ki úgy, hogy utóbbiba foszforatomokból álló láncot helyeztek, ami szabad elektron mozgást és elektromos vezetést biztosított.
A csapat megfigyelései szerint ezek a vezetékek majdnem olyan jól vezetik az elektromosságot, mint a modern mikroprocesszorokban használt csúcstechnikát képviselő réz összeköttetések, mitöbb a különböző hosszúságú vezetékek követik Ohm törvényét, mely szerint a vezetékek ellenállása a hosszukkal arányosan nő. Ez a nem-kvantum, vagyis a klasszikus áramvezetők tulajdonsága.
A kvantum viselkedés hiánya meglepte David Ferry-t, az Arizona Állami Egyetem kutatóját, különösen mert a kísérleteket mindössze 4,2 Kelvin (-269 Celsius) fokon hajtották végre. "Általában amikor ilyen alacsony hőmérsékleteken dolgozunk, azt várnánk, hogy a kvantum mechanika uralja a kísérletet. Itt megmaradt Ohm törvénye, ami arra utal, hogy ez ugyanolyan, mint a klasszikus viselkedés szobahőmérsékleten" - mondta.
Simmons magyarázata szerint a foszfor atomok nagy száma a vezetékben rendkívül magas elektronsűrűséget okoz, köbcentiméterenként 1021, kölcsönös szétszóródásuk pedig megsemmisít minden kvantum koherenciát, ami klasszikus viselkedést eredményez, ami magával vonja azt is, hogy ugyanez a viselkedés jellemzi a vezetéket szobahőmérsékleten is. Mindez jó hír az egyre kisebb eszközökben reménykedőknek. "Azt bizonyítja, hogy fenntartható az alacsony ellenállás és egészen vékony vezetők készíthetők, ami elengedhetetlen az eszközök atomi méretek irányába történő zsugorításához" - mondta Simmons.
A kvantum számítástechnikára való hatások már koránt sem ilyen egyértelműek. Simmons csapata már bebizonyította, hogy a különálló foszfor atomok képesek a spin állapotok egy szuperpozíciójában létezni, felépítve a kvantum számításhoz szükséges kvantum biteket. Véleménye szerint a nanovezetékek alkalmazhatók a kvantum bitek összekötéséhez és kvantum áramkörök megépítéséhez. Ferry azonban másként gondolja. "A kvantum koherencia hiánya jó Moore törvényének, nem úgy a kvantum számítástechnikának, ahhoz ugyanis szükség van a kvantum koherenciára"
Eddig a hagyományos számítógépek követték Moore törvényét, a tranzisztorok sűrűsége körülbelül két évente megduplázódik, egyre jobb teljesítményt és egyre kisebb eszközöket eredményezve. Ezt a tendenciát azonban egyre nehezebb tartani. A fémvezetékek szélességének nanométerekben mérhetőre való csökkenésével ellenállásuk nő, az elektronok ugyanis elkezdenek kölcsönhatásba lépni a közeli felületekkel, egyre több hőt szórva szét, ami miatt csökkenni kezd a hatékonyságuk.
Nanoméreteken általában a kvantum viselkedés dominál. Például az egész vezeték létezhet az állapotok egy szuperpozíciójában az úgynevezett kvantum koherencia miatt. Az elektronok hullámtermészete a vezetékben interferenciát okozhat, lerombolva azokat az elektromos tulajdonságokat, amik nagyobb méreteken működnek. Most Michelle Simmons, az ausztrál Új Dél-Walesi Egyetem kutatója munkatársaival mindössze 1,5 nanométeres, 4 atom széles és 1 atom magas csatornákat mart egy szilícium chipbe, ami ugyanúgy viselkedik, mint a nagyobb vezetékek. A trükk a foszfor atomok alkalmazása volt. Az atomi méretű vezetéket pásztázó alagútmikroszkóp (STM) technikát alkalmazva szilícium kristályban feszítették ki úgy, hogy utóbbiba foszforatomokból álló láncot helyeztek, ami szabad elektron mozgást és elektromos vezetést biztosított.
A csapat megfigyelései szerint ezek a vezetékek majdnem olyan jól vezetik az elektromosságot, mint a modern mikroprocesszorokban használt csúcstechnikát képviselő réz összeköttetések, mitöbb a különböző hosszúságú vezetékek követik Ohm törvényét, mely szerint a vezetékek ellenállása a hosszukkal arányosan nő. Ez a nem-kvantum, vagyis a klasszikus áramvezetők tulajdonsága.A kvantum viselkedés hiánya meglepte David Ferry-t, az Arizona Állami Egyetem kutatóját, különösen mert a kísérleteket mindössze 4,2 Kelvin (-269 Celsius) fokon hajtották végre. "Általában amikor ilyen alacsony hőmérsékleteken dolgozunk, azt várnánk, hogy a kvantum mechanika uralja a kísérletet. Itt megmaradt Ohm törvénye, ami arra utal, hogy ez ugyanolyan, mint a klasszikus viselkedés szobahőmérsékleten" - mondta.
Simmons magyarázata szerint a foszfor atomok nagy száma a vezetékben rendkívül magas elektronsűrűséget okoz, köbcentiméterenként 1021, kölcsönös szétszóródásuk pedig megsemmisít minden kvantum koherenciát, ami klasszikus viselkedést eredményez, ami magával vonja azt is, hogy ugyanez a viselkedés jellemzi a vezetéket szobahőmérsékleten is. Mindez jó hír az egyre kisebb eszközökben reménykedőknek. "Azt bizonyítja, hogy fenntartható az alacsony ellenállás és egészen vékony vezetők készíthetők, ami elengedhetetlen az eszközök atomi méretek irányába történő zsugorításához" - mondta Simmons.
A kvantum számítástechnikára való hatások már koránt sem ilyen egyértelműek. Simmons csapata már bebizonyította, hogy a különálló foszfor atomok képesek a spin állapotok egy szuperpozíciójában létezni, felépítve a kvantum számításhoz szükséges kvantum biteket. Véleménye szerint a nanovezetékek alkalmazhatók a kvantum bitek összekötéséhez és kvantum áramkörök megépítéséhez. Ferry azonban másként gondolja. "A kvantum koherencia hiánya jó Moore törvényének, nem úgy a kvantum számítástechnikának, ahhoz ugyanis szükség van a kvantum koherenciára"
