Создание новых наноэлектронных устройств для обработки и хранения информации требует выработки чрезвычайно точных техник манипулирования отдельными микрообъектами (атомами, электронами, квантовыми точками и т.д.). И в этой области уже намечается очевидный прогресс (см., в частности, "КВ" №29'2004). В конце июля появилось сразу несколько сообщений на эту тему.

Опять свою репутацию лидера в области революционных технологий подтвердили исследователи из IBM, на сей раз из IBM Zurich Research Laboratory (Швейцария: zurich.ibm.com), которые совместно с коллегами из Технологического университета Чалмерса (Гетеборг, Швеция: chalmers.se/Home-E.html) разработали технику добавления единичных электронов к атомам золота или их удаления, что позволит создать устройства памяти, в которых каждый бит будет храниться в зарядовых состояниях отдельных атомов. Сообщение об этом было опубликовано в журнале Science (Vol. 305, P. 493-495, 23.07.2004).

Беспрецедентная точность была достигнута с помощью специально сконструированного сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) с вольфрамовым наконечником, работающего при температурах от 5 до 60 К. Атомы золота адсорбировались на изолирующую пленку из хлорида натрия толщиной в два-три атомных слоя на поверхности медного монокристалла. Зарядовое состояние атомов золота изменялось путем подачи на них импульса напряжения с помощью наконечника СТМ. Включение напряжения в +0,6 V на несколько секунд вызывало падение туннельного тока примерно на треть. На трехмерном изображении атом золота по-прежнему имеет сомбрероподобную форму, но с пиком на пол ангстрема меньшим, чем до включения напряжения. Последующее включение отрицательного напряжения -1 V возвращало атом в исходное состояние. Таким образом, было показано, что подобная техника может быть использована для создания ячеек памяти атомного масштаба, что позволит увеличить объем хранимых данных в десятки тысяч раз.

Кроме того, переключение между зарядовыми состояниями индивидуальных атомов позволит контролировать их химическую активность, оптические свойства или магнитные моменты.

Пресс-релиз: zurich.ibm.com/news/04/chargestates.html.

Днем ранее в журнале Nature (22.07.2004) о своем замечательном достижении сообщили исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (www.ucla.edu) и Калифорнийского института наносистем. Они разработали технику переключения спина электрона (например, с "вверх" на "вниз") в обыкновенном транзисторном чипе и показали, что при таком переключении электрический ток в цепи изменяется. Переключение спина производилось с помощью микроволнового радиочастотного излучения в течение долей секунды.

Таким образом, впервые было продемонстрировано, что даже обычные транзисторы вроде тех, что используются в компьютерах или сотовых телефонах, могут быть приспособлены для квантовых вычислений. Это означает, что для создания квантовых компьютеров совсем не обязательно разрабатывать новые экзотические технологии, а можно адаптировать хорошо отработанные обычные кремниевые. Пока, правда, эксперименты проводились при очень низких температурах, но исследователи считают, что методика будет работать и при комнатной температуре.

Как отметил один из авторов открытия профессор Эли Яблонович, уже с сотней транзисторов, содержащих такие управляемые электроны, можно создавать накопители информации, которые соответствовали бы емкости всех жестких дисков, произведенных в этом году, умноженной на возраст Вселенной. Но ведь нет никаких причин ограничиваться только сотней транзисторов.

Следующим шагом должна стать демонстрация "запутывания" двух спинов, при котором состояние одного электрона определяет состояние другого, что необходимо для выполнения квантовых вычислений.

Ученые полагают, что управление спином отдельных электронов уже через год станет делом вполне обычным, а лет через десять новые спинтронные технологии найдут уже и широкое коммерческое применение.

Пресс-релиз: newsroom.ucla.edu/page.asp?RelNum=5356.

Сергей САНЬКО