המתג הקטן ביותר האפשרי – אטום זהב בודד

המטרה העליונה של ננוטכנולוגיה הינה להשתמש בפרודות לתחום האלקטרוניקה התקדמה בצעד שלם – מתג מכאני קטן ביותר ומתג אלקטרוני מסוג חדש

המתג המכאני הקטן ביותר פלוס מתג אלקטרוני מסוג שלא נראה בעבר. זו הצורה שבה הפיסיקאי Marius Trouwborst מסכם את תוצאות עבודת הדוקטור שלו על זרם חשמלי דרך אטומים ופרודות. “המטרה העליונה של ננוטכנולוגיה הינה להשתמש בפרודות לתחום האלקטרוניקה,” הוא מסביר. “מטרה זו התקדמה עתה בצעד שלם.”

ההתקדמות העצומה בטכנולוגיית המידע נובעת בעיקרה מהעובדה כי הרכיבים האלקטרוניים במחשבים הולכים ונעשים קטנים יותר ויותר. וקטן יותר משמעו כמובן – מהיר יותר וזול יותר. במהלך ארבעת העשורים האחרונים מספר הטרנזיסטורים המצויים במחשב הוכפל מדי שנתיים. אולם, תוך עשור אנו נגיע לגבול הפיסיקלי, מעריך החוקר. בגבול זה, העקרונות הבסיסיים של הטרנזיסטור אינם פועלים עוד כראוי.

אם ברצוננו להמשיך בפיתוח מחשבים מהירים יותר עלינו להמציא שיטות חדשות. אפשרות אחת לכך הינה השימוש באטומים ופרודות. מחקרו הבסיסי של מדען זה על מעבר אלקטרונים דרך אטומים ופרודות פרטניים מתאים בדיוק לסוג זה של מצוד.

במהלך מחקרו, מריוס פיתח שיטה חדישה לסידור אטומי זהב כך שניתן לבנות מהם מתג מכאני זעיר ביותר – אטום יחיד בלבד של זהב יוצר את המגע. בנוסף, הוא הצליח לבנות מתג אלקטרוני מסוג חדיש בעל אותם המימדים.

השיטה פועלת באמצעות מה שמכונה “נקודת שבירה” (break junction). ראשית, מקבעים חוט זהב לתוך רצועה גמישה של פלסטיק. עתה, ע”י כיפוף זהיר של הרצועה חוט הזהב מתמתח, בדומה לגומי לעיסה. ממש לפני שבירתו, לחוט יש עובי של אטום זהב יחיד. כיפוף זהיר ביותר נוסף (בשיעור ננומטרי) מרחיק את הקצוות אחד מהשני במידה מועטה. למרות שהחוטים עתה מופרדים, השבר אינו מוחלט. ברגע שמכופפים בחזרה בזהירות את הרצועה קצות החוטים מתמזגים שוב.

החוקר חזר על כיפוף זה הלוך ושוב מספר רב של פעמים, באופן מבוקר ביותר. בכל פעם שהחוט נקרע, האטומים בשני קצותיו מתארגנים בצורה שונה. החוקר גילה כי ארגון-מחדש זה הופך בהדרגה לסדור יותר ויותר. בסופו של דבר, האטומים נראים כעין פירמידות של כדורי ביליארד ארוזות בזהירות כאשר שיא הפירמידה הינו אטום יחיד של זהב. “באמצעות הזזת הקצוות הלוך ושוב למרחק של עשירית הננומטר בלבד, ניתן להדליק ולכבות את המתג הנ”ל,” אומר החוקר.

יתרה מכך, המערכת מאפשרת כליאת פרודה בודדת בין הקצוות. הדבר שימושי לבחינת המאפיינים האלקטרוניים של אותה הפרודה. כאשר מפעילים מתח חשמלי על הקצוות, כל המטען האלקטרוני עובר דרך פרודה יחידה זו הנמצאת באמצע.

החוקר השתמש בפרודות מימן בעבודתו זו. כאשר מגבירים את המתח, פרודות המימן מתחילות לרטוט בין קצות חוטי הזהב. החוקר גילה כי ההתנגדות משתנה לפתע ופוחתת חדות. “אתה פשוט יכול להדליק ולכבות את המערכת ע”י ריטוט הפרודות או הפסקתו,” מסביר החוקר. “סוג כזה של מתג לא נראה בעבר.”

למרות שהיא קשורה קשר הדוק לפרודות הרוטטות, הסיבה המדויקת להתנהגות מתגית זו עדיין לא ידועה. החוקר חושד כי הסיבה טמונה באיזשהו סוג של מעבר פאזה. עדיין יש צורך במחקר נוסף בכדי שמתגים מסוג זה יוכלו להיות שמישים. אולם, “מה שברור כבר כעת הוא,” מציין החוקר, “שהשיטה מספקת תובנות חדשות לגביי הדרכים בהן ניתן להשתמש בפרודות כיחידות מבנה תפקודיות באלקטרוניקה של המחר.”

הידיעה המקורית מהאוניברסיטה