歐姆定律下探原子尺度
- 上線日期：2012/1/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
澳洲科學家發展出一項將線狀原子結構嵌入矽晶體中的技術，結果發現電子電路學常用的歐姆定律(Ohm's law)，竟然對只有4個原子厚、1個原子高的微結構也適用。這個發現讓學界十分意外，因為一般認為對於如此微小的結構而言，量子效應(quantum effect)將使歐姆定律失效。
隨著晶片製造商在晶圓中塞入更多的電晶體，電晶體的尺寸已越來越逼近原子。除了技術上的挑戰外，量子效應也讓電子學中的古典定律岌岌可危。為了研究原子尺度下的導電性，新南威爾斯(New South Wales)大學的Michelle Simmons、Bent Weber等人發展出一套方法，利用掺雜磷在矽晶體內部製造出一線狀導電區域。由於磷比矽多一價，磷取代掉晶格中的矽原子後會貢獻一個自由電子(此即p型掺雜)，使該區域有導電性。
Simmons等人是利用掃描式探針顯微鏡移除矽表層的原子，製造出一條溝，然後將表面曝露在磷蒸氣中，再沉積上矽，如此便能在矽晶體中製作出一條由磷原子組成的導線。測量結果顯示這種導線的電阻率即使降至原子尺度仍為常數，亦即其電阻與長度成正比，而與面積成反比，恰如歐姆定律所描述。
雖然此技術目前不可能商業化，但它顯示理論上傳統電子學在未來數年內還能繼續存活。半導體業者一直擔心元件太小時量子效應會主宰其運作，目前電晶體的閘極寬度為22 nm，相當於100個矽原子寬，因此離這個下限還有一段距離。
不過此澳洲團隊的興趣不在延續傳統電子學的適用範圍，而是希望利用個別磷原子做為量子位元(qubit)，發展量子電腦。Simmons表示，這五年來他們已經逐一克服發展磷基(phosphorus-based)量子電腦遭遇的障礙，目前他認為最大的挑戰是如何製作出規模可以擴大的系統。詳見近期的Science 335, p.64 (2012)。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/48242
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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