פיזיקאים אוסטרלים ואמריקאים פיתחו את הטרנזיסטור הקטן ביותר עד כה, שמורכב מאטום בודד של זרחן בתוך לוח סיליקון. הפיתוח הזה הוא נדבך נוסף במאמצים הנמשכים למזעור טרנזיסטורים, שמהווים רכיב בסיסי בתעשיית האלקטרוניקה. החוקרים ציינו כי עד כה יוצרו טרנזיסטורים על בסיס אטום בודד רק במקרה, בעוד שבמחקר שלהם הדבר נעשה באופן מתוכנן.

הטרנזיסטור הוא מתג חשמלי העשוי מחומר מוליך למחצה, שמייצר את הבסיס הבינארי למכשירי אלקטרוניקה. המתג מגדיר את הספרות הבינאריות 0 ו-1 על ידי שתי רמות של מתח - מתח גבוה ומתח נמוך.

"הגביע הקדוש של המחקר בתחום הוא לעשות את הטרנזיסטורים כמה שיותר מהירים, וכדי לעשות זאת אתה רוצה שהזרם שעובר בהם יהיה מהיר יותר", אומר פרופ' יוסי רוזנוקס מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת ת"א; "ככל שהטרנזיסטור קטן, הזרם מהיר יותר ואפשר להדליק את המתג מהר יותר".

מהבחינה הזו המזעור של הטרנזיסטור הוא הישג מרכזי של המחקר הנוכחי. אך הישג נוסף נוגע ליישום האפשרי שלו במה שידוע כמחשב קוואנטי. בעוד שטרנזיסטורים מאפשרים לוגיקה על בסיס בינארי של 0 ו-1, מחשבים קוואנטיים אמורים לנצל תופעות ממכניקת הקוואנטים שמאפשרות את קיומם של מתגים עם יותר משני מצבים. לדברי פרופ' רוזנוקס, "אפשר ליצור באופן הזה לוגיקה הרבה יותר מורכבת - אפשר לעשות עם פחות אלמנטים את אותן פעולות לוגיות כי בכל אטום בודד יש לך למשל שלוש רמות אפשרויות".

המאמר הנוכחי מתפרסם בכתב העת Nature Nanotechnology. מחברי המאמר, מאוניברסיטת ניו סאות ויילס באוסטרליה ואוניברסיטית פרדו (Purdue) בארצות הברית, השתמשו במיקרוסקופ מינהור סורק (שבעזרתו ניתן לבחון משטחים ברמה האטומית) כדי למקם את אטום הזרחן הבודד על לוח סיליקון, בין אלקטרודות.

"העבודה יפה מאוד מבחינה מדעית ויש פה התקדמות משמעותית", אומר רוזנוקס; "אין ספק שזה ‘סטייט אוף דה ארט'". אבל מבחינה טכנולוגית, הוא אומר, "יש עוד הרבה בעיות לפתור". לדבריו, "החוקרים לא הדגימו שמה שהם פיתחו עובד כמו טרנזיסטור". אחת הבעיות המרכזיות היא שהפיתוח עובד בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט. מעבר לכך, רוזנוקס אומר, "אמנם הפיתוח מבוסס על אטום בודד אבל הממדים של כל התקן הטרנזיסטור הם עדיין בממדים דומים לטרנזיסטורים המוכרים".

צילום מיקרוסקופי של אטום זרחן שמוקם בתוך לוח סיליקון. צילום: ד"ר מרטין פוישל