Eerste transistor uit slechts een enkel atoom gemaakt

Een nieuwsbericht van de universiteit van Cornell schrijft over een verbeterde technologie, waar een aantal onderzoekers zich mee bezig heeft gehouden. Het betreft de "single-atom transistor", een transistor die bestaat uit slechts één atoom. Al sinds de uitvinding ervan, zijn wetenschappers alsmaar bezig met het verkleinen van de transistor, en nu men er zelfs al een uit slechts een enkel atoom kan fabriceren, lijkt het einde in zicht. Slechts het gebruik van een kleiner atoom dan het nu gebruikte kobalt zou een optie zijn, hoewel onduidelijk is of dit mogelijk is.

Het circuit bestaat uit twee elektroden van goud, die aan de linker- en de rechterkant te zien zijn. Deze worden met elkaar verbonden, met tussenkomst van de transistor. Deze bestaat uit zoals gezegd een enkel kobaltatoom, waar elektronen doorheen zweven. Professor in de natuurkunde Paul McEuen beschrijft het proces met de mooie omschrijving "virtuele dans van elektronen". Om de zaak bij elkaar te houden worden zwavel-, koolstof- en waterstofatomen gebruikt.

Het product kan helaas nog niet alles wat een traditionele transistor kan, maar toch zijn er al wel toepassingen verzonnen voor de uitvinding. Zo wordt als voorbeeld aangehaald dat de transistor als chemische sensor zou kunnen dienen, aangezien een verandering in de omgeving van de atomen een meetbare verandering in de geleidbaarheid teweegbrengt. Hiervoor is het onderste prototype dat zichbaar is op de afbeelding beter toepasbaar, aangezien het molecuul met kleinere 'handvaten' (gemaakt van pyridine, een soort benzeen met hieraan een stikstofatoom gebonden) efficiënter is in het overdragen van elektronen.

Uiteraard zijn er nog enkele problemen, zoals het ontbreken van de mogelijkheid om een zwak signaal te versterken, maar de onderzoekers zitten nog niet lui niets te doen. De toekomst is gericht op het produceren van een molecuul met twee verschillende vormen dat als schakelaar kan dienen, waarbij het gebruikte voltage zorgt voor schakeling tussen de twee vormen. Volgens McEuen is het nog nooit eerder gelukt om een enkel molecuul in een circuit te zetten en dit vervolgens elektronisch te activeren. De toekomst zal uitwijzen of dit hem wel gaat lukken.

Met dank aan Verwijderd voor de link naar dit artikel.

Reacties (60)

[Verwijderd]

Eeuh jongens even een paar dingen corrigeren, die m.i. niet kloppen.

ten eerste 1 transistor staat niet voor een 1 of een 0, de verwerkingskracht van een processor wordt niet bepaald door het aantal transistoren. Dat is veeel te simpel weergegeven. De transistor is een bouwsteen niet meer niet minder.

De core van de processor kan door kleinere transistoren te gebruiken kleiner worden. Als de kleinere transistoren ook minder spanning nodig hebben om te schakelen, wordt daarmee de spanning die de core nodig heeft lager. Een lagere spanning is een lagere warmte opbrengst.... en als de processor koeler kan blijven is dat in iedergeval al geen bottleneck meer voor het opschroeven van de frequentie.

de core is relatief klein als je kijkt naar de processor. (ongeveer 1cm x 0,5 cm in oppervlak, kan iets meer of minder zijn)
Waarom is de processor dan toch een stuk groter? simpel de core moet verbonden worden met de adres bus, de databus, etc van het moederbord. Bij een databus van 32 bits breedt heb je daarvoor 32 aansluitingen (=pinnetjes) nodig. Om een lang verhaal kort te maken, het aantal pinnen maakt de processor zo groot. Aangezien die pinnen ook nodig zijn bij een kleinere transistor kan de processor niet veel kleiner worden...

[aTmosh]

Om een lang verhaal kort te maken, het aantal pinnen maakt de processor zo groot. Aangezien die pinnen ook nodig zijn bij een kleinere transistor kan de processor niet veel kleiner worden...

Dat kan wel degelijk, de beperking is niet het aantal pinnetjes maar de machines die die pinnetjes op de CPU moeten prikken en solderen, de breedte van banen op mobo's etc. Een kosten/baten overweging nu, maar je ziet het al bij geheugens dat het kan, b.v. microBGA e.d. Al die zaken worden ook verder ontwikkeld en zullen kleiner worden. Ook met seriële protocollen waardoor minder pinnetjes nodig zijn kan er nog een hoop gedaan worden, evenals meerlagen/3D verbindingen.

De vraag is wat er gaat gebeuren als de fysieke grenzen zijn bereikt wat er mogelijk is met atomen e.d. (zoals hierboven al het geval). Maar goed, da's weer over 20 jaar (of nog langer commercieel gezien) en tegen die tijd heeft men quantum computers al vast wel onder de knie, anders wordt het paralleliseren (veel cores integreren, misschien in een 3D topografie i.p.v. de enkele core telkens te verbeteren). Of misschien een mix van bovenstaande technieken.

[Verwijderd]

Ik zie toch echt meer dan 1 atoom, om nou te zeggen dat deze tor uit 1 atoom bestaat vind ik te ver gaan.

[Maartenr]

<quote>
Artist's conception of the two molecules used by Cornell scientists to create a single-atom transistor. In each molecule a single cobalt atom (dark blue) is held by pyridine molecular handles.
</quote>

De totale transistor is dus gemaakt uit meerdere moleculen maar "het werkzame deel" bestaat uit 1 atoom.

[Verwijderd]

kan ook niet anders, voor transistor heb je altijd een aantal lagen nodig die verschillen in weerstand, da kan nooit in 1 atoom, voor transistor heb je zowieso al twee in en 1 uitgang nodig, dus onzin om te verkondigen dat het uit 1 atoom kan bestaan.
Beetje domme titel voor een toch wel knap staaltje werk.

edit:
je lacht je toch ook de ballen (atomen) uit de broek as je die beoordelingen ziet, bij deze posting, +1 (hoerah), -1 Troll (tsja), -1 First Post (???? tuurlijk reactie op een ander berichtje is altijd een First Post (not)). Misschien 's tijd voor een 'beoordeel de beoordelers'?

[Skinkie]

wil ik net zeggen, maar waar het omgaat is dat een kobalt atoom transtor eigeschappen heeft. Dat ze door andere atomen/moleculen verbonden moeten worden a la.

het is dus NIET zo dat de nieuwe transistor maar 1 atoom groot zou zijn.

[Verwijderd]

De transistor bestaat uit één atoom, niet de complete schakeling die is afgebeeld.

[Verwijderd]

Nee, er staan atomen afgebeeld.

[Verwijderd]

Een atoom bestaat uit protonen, neutronen en elektronen...hoe hoger het atoomgetal, des te meer van deze bouwstenen in het atoom.

Waarschijnlijk zijn de bolletjes deze bouwstenen, met een kleur voor iedere soort (in combinatie met het atoom).

Dat verklaart ook waarom de transistor kleiner kan worden als er een kleiner atoom wordt gebruikt. Er worden dan minder bouwstenen gebruikt.

Edit: elementen vervangen door bouwstenen, beetje onzorgvuldig gekozen woord.

[eddydonkers]

Een element is een niet ontleedbaar molecuul. Protonen, neutronen en elektronen zijn onderdelen van een atoom. Wanneer jij deze onderdelen elementen gaat noemen dan zeg je dus dat het moleculen zijn. Ik heb nog nooit een atoom gezien die bestaat uit moleculen, die bestaan weer uit atomen etc.

[Verwijderd]

Sorry, heel ongelukkige woordkeuze....ik heb elementen veranderd in bouwstenen.

[Ridder]

Ik zou nog even de basiskennis van de scheikunde opvijzelen voordat ik zo iets zou posten.

Of gewoon het woord "elementen" goed gebruiken in dit scheikundige verhaal.....

[Verwijderd]

Je hebt gelijk, elementen is inderdaad niet zo'n goed gekozen woord. Maar ja, deeltjes is het ook niet. Lees: bouwstenen.

[Verwijderd]

zijn 't geen electronen protonen en neutronen ? getekend op een heeeeeeeele foute schaal dan wel, maar toch.. ? je ziet wel een duidelijke kern..

edit:

semi-dubbelpost njah, kon ik ook niet weten, khad dit artikel al een kwartier openstaan of zo

[Skinkie]

Heb je wel is Buckyballs gezien? Die zijn ook compleet omkapseld.
http://www.google.nl/search?q=buckyballs&ie=UTF8&oe=UTF8&hl=nl&lr=

[Verwijderd]

grappig had ik nog nooit gezien

[DeuTeRiuM]

misschien stellen die bolletjes wel quarks voor of weet ik wat..
of msischien is het een vaag ontwerp van een chip, met wazige opstelling van de transist0rs..

[Verwijderd]

hey dat zijn geen atomen he die bolletjes als je goed leest zijn het delen van atomen (elektronen protronen neutronen)

en je kunt theoretisch een atoom zo groot maken als je wilt (hoewel er natuurlijk wel een limiet is (aantrekkeing krachten hebben er iets mee te maken))

dit ding is wel degelijk 1 atoom

alleen kloppen de verhoudingen totaal niet
elektronen zijn ten eerste veeeel kleiner dan protonen bv en ze staan ook heel ver weg van protonen (ten opzichte van hun groote(het grootste gedeelte van een atoom is namelijk niks (er is nog niks gevonden tussen de kern (protonen en neutronen) de elektronen banen)

maar ja wel leuke ontwikkeling

[Verwijderd]

Ik vind "foto's" waarop atomen te zien zijn erg dubieus. Atomen zijn onzichtbaar klein, het bestaat niet dat er zodanige technieken zijn om dat bruikbaar uit te vergroten. Verder zijn losse atomen kleurloos, en zeker geen gouden, zwarte, of blauwe bolletjes. Een atoom is voor verreweg het grootste gedeelte lege ruimte, waarin met zeer grote snelheid electronen bewegen, en waarin ergens in het midden de kern zit, die in verhouding tot die lege ruimte verwaarloosbaar klein is. Ik vermoed dat het hier gaat om een modelvoorstelling, men heeft een bepaalde structuur kunnen ontwikkelen en berekend dat de structuur er uit zou kunnen zien als in de afbeelding. Het neemt natuurlijk niet weg dat het een technologische sprong voorwaarts is. Het artikel spreekt dan ook over "

Artist's conception of the two molecules used by Cornell scientists to create a single-atom transistor.

", met ander woorden, wat je ziet is inderdaad een modelvoorstelling.

[jiriw]

Dat klopt dus niet. Atomen zijn wel degelijk echt "zichtbaar" te maken. Meestal zit er een berg computer apparatuur tussen met apparatuur als een "Scanning Tunneling Microscoop" maar grote atomen zijn ook met een electronen-microscoop zichtbaar te maken (wat IBM bv. gedaan heeft met de beroemde foto van IBM gespelt op een plaatje silicium met .... Xenon atomen. Als iemand toevallig een link naar dat plaatje heeft zou ik dat erg leuk vinden)
Waarom zou een atoom trouwens kleurloos zijn? Heb je ze ooit zelf gezien of zo? Ik denk niet dat je daar over kan oordelen tenzij je er zelf onderzoek naar gedaan hebt of zo.

Nog een beetje achtergrondinformatie: Om een object te kunnen waarnemen moet je het kunnen "scannen" met iets anders wat nog kleiner is. In dit geval grote atomen met electronen (dat zijn die negatieve dingen die normaal ergens om een atoom kern zwerven en waar we effecten als electriciteit aan te danken hebben) Hier zit een eind aan omdat er zoiets bestaat (in de huidige (Quantum-)Fysica) als een groep van kleinste deeltjes. Die worden wel Quanten of Quarks genoemd en het Electron is er een van. Anderen zijn bijvoorbeeld Up en Down Quark waarvan normale Protonen en Neutronen gemaakt zijn (3 stuks per kerndeeltje) die dan weer met Electronen Atomen vormen. We weten dat deze deeltjes bestaan omdat we de effecten kunnen meten die ze veroorzaken maar echt zien kunnen we ze niet. (Belangrijk instituut: CERN bij het meer van Geneve) Het vervelende is ook nog eens dat meten aan deze kleinste deeltjes de aard van die deeltjes zelf verandert (snelheid/plaats. Ook wel de stelling van Heisenberg genoemd en de reden waarom SF dingen als een "Transporter" niet kunnen tenzij we nieuwe Fysische wetmatigheden ontdekken)
Ik weet er ook niet allemaal het zijne van af maar bij "Inleiding in de Moderne Fysica" (Natuurwetenschappen KUNijmegen) begin je met dit soort onderwerpen (veel meer vakken heb ik ook niet gehaald voordat ik maar informatica ben gaan studeren ) Er zijn vast wel wat goede boeken te vinden die de zaken op een wat voor mensen begrijpelijker niveau uitleggen als het onderwerp je interesseert.

[Verwijderd]

Voor een plaatje van de letters "IBM" in xenon-atomen, type eens in bij Google-images: IBM nano. Dan krijg je het plaatje al te zien en nog heel wat andere nano-landschappen, oftewel: landschappen die bestaan uit atomaire structuren.

De nano-man is ook een mooi voorbeeld. Bij google: nanoman.

[PageFault]

elektronen microscoop foto's zijn ALTIJD kleurloos. Met behulp van de elektronen wordt het object afgetast op vorm en die wordt weergegeven. Daar zit (helaas) geen kleurinformatie bij. Bij dit soort opnames komt dus geen enkele optiek kijken.

[Verwijderd]

Je zet zelf zichtbaar ook al tussen aanhalingstekens, ik heb het natuurlijk wel over optisch zichtbaar. Die technieken die je beschrijft ken ik, dat zijn meetmethoden, maar je ziet in wezen nog niets. Verder zijn de verschillen in diameter van de verschillende atomen zoals ze daar in de plaatjes staan niet groot genoeg. Een goudatoom heeft bijvoorbeeld een atoomstraal van1,44 Ängstrom, tegen een koolstofatoom 0,77 Ängstrom, dat verschil blijkt niet uit de voorstelling. Verder heb ik inderdaad nooit losse atomen gezien, ik denk zelfs dat niemand ooit losse atomen heeft gezien. Niemand weet dus of ze kleur hebben, maar met het gegeven dat het om voor het grootste gedeelte lege ruimte gaat mag je aannemen dat losse atomen kleurloos zijn.

[Chello200]

Dit is eigenlijk toch nano-technologie ?
What's next ? Transistoren die gemaakt zijn van een molecuul ?

[PipoDeClown]

Zoals je waarschijnlijk al weet bestaat een molecuul (meestal) uit meerdere atomen.

[Verwijderd]

Sorry maar een atoom is klijner als een molecul (voor de gene die dus niet hebben opgeled bij SK)
Maar er staat:

Het circuit bestaat uit twee elektroden van goud, die aan de linker- en de rechterkant te zien zijn. Deze worden met elkaar verbonden, met tussenkomst van de transistor. Deze bestaat uit zoals gezegd een enkel kobaltatoom, waar elektronen doorheen zweven. Professor in de natuurkunde Paul McEuen beschrijft het proces met de mooie omschrijving "virtuele dans van elektronen". Om de zaak bij elkaar te houden worden zwavel-, koolstof- en waterstofatomen gebruikt.

Je ziet in de laatste regel dus staat dat de overige atoomen dus nodig zijn om alles bij elkaar te houden.
En dat de Transistor bestaat uit EEN kobalt atoom.

Dus het klopt wel

[brammus]

De transistor bestaat wel degelijk uit 1 atoom.

Om de zaak bij elkaar te houden worden zwavel-, koolstof- en waterstofatomen gebruikt.

Hier omheen zit weer pyridine, die het contact tussen de goud-electroden tot stand brengt.

(kwestie van lezen?)

====
/edit: Ik dacht toch echt dat ik op iemand reageerde die het tegenovergestelde beweerde
* 786562 brammus

[CU2morO]

en zo te zien heb jij bij nederlands niet opgelet

[Verwijderd]

en hij was in die tijd nog kleiner dan zijn medestudenten ook

[LiMy]

ehm , je bedoelt nu toch echt een FET

[Gaius]

Hij hep wel een .
En ok, hij zal wel de base, collector en de emittor bedoelen, maar een transistor heeft toch 3 aansluitingen of begin ik nu al achterlijk te worden??

Kan iemand die zgn. snelheidsproblemen aub uitleggen? Elektriciteit heeft toch een snelheid van 200.000 km/s???

[Verwijderd]

een transistor heeft drie aanslutingen oftewel de
* basis
* emittor
* collector

Volgens kirchhof is Ie=Ib+Ic=Ib+(hfe*Ib)=(1+ib)*hfe
hfe = gelijkstroom versterking factor.

Voor de duidelijkheid:
Het transistor effect:
Een kleine basisstroom heeft een grote collectorstroom tot gevolg.

Het zogenaamde snelheids probleem:
Als we in een geleider een stroom willen laten lopen is hiervoor een potentiaal verschil (spanning) voor nodig. Het potentiaal verschil veroorzaakt een elektrische veld, de stroom veroorzaakt een magnetische veld. De twee velden die onverbrekelijk met ieder elektrische energietransport verbonden zijn, noemen we samen een elektromagnetische veld (EM-veld). Beide velden planten zich voort met een snelheid die afhankelijk is van het medium waarin zij zich bevinden. In het vacuum (luchtledige) is deze voorplantingssnelheid 3.10^8 m/s. De voortplantingssnelheid in een transmissielijn is afhankelijk van het gebruikte materiaal, met name van het isolatie materiaal. Deze voorplantingssnelheid is inderdaad gemiddeld 2.10^8 m/s.
De voorplantingssnelheid is te berekenen met de volgende formule

V=(1/u.e)^0,5
V= voortplantingssnelheid
u= permeabiliteit
e= dielektrische constante

De dielektrische constante e is gelijk aan het produkt van de permittivieteit van het vacuum eo en de relative permittivieteit er van de middenstof.

De relatieve permitivieteit er van een materie drukt uit hoeveel maal de kracht die twee puntladingen op elkaar uitoefenen in het vacuum, groter is dan de kracht die dezelfde puntladingen op elkaar uitoefenen in de betreffende middenstof als ze op dezelfde onderlinge afstand zijn geplaatst.

De permebiliteit van een medium u is gelijk aan het produkt van de permebiliteit van het vacuum u0 en de relatieve permebiliteit van de middenstof.

De relatieve permeabilliteit van een medium drukt uit hoeveel maal de kracht die twee magneetpolen op elkaar uitoefenen in het vacuum groter is dan de kracht die diezelfde polen opelkaar uitoefenen in de betreffende middenstof als ze op dezelfde onderlinge afstand zijn geplaatst.

Conclusie:
De snelheid van een elektrische stroom is afhankelijk van de permebilliteit en de permitiviteit. De twee factoren zijn op hun beurt afhankelijk van de gebruikte geleider en isolatie. De pemebilliteit is onheroepelijk verbonden met het magnetische veld en de permitiviteit met het elektrische veld.

[Raafz0r]

FET = Field Effect Transistor.

Een FET is dus een type transistor.

[himlims_]

transitoren = 1 of een 0
hoemeer transistoren hoemeer 1 of 0 etjes
Als deze transistoren kleiner worden betekend dat;
hoemeer 'rekenkracht' / mogelijke schakelingen er mogelijk zijn op een hetzelfde 'grootte' oppervlak dan nu.
Simpel uitgelegd; snellere computers als ik 't goed heb

[Memendo]

ja maar als je meer transitors op het zelfde oppervlak "zitten", duurt het langer voordat een stroom van de ene naar de andere kant van de processor is. En daardoor verlies je weer snelheid. Voorlopig is dit een van de andere beperkende factoren naast die van het kleiner maken van transistors.

waarom is dit nu weer een troll. Het is toch echt een probleem dat nog opgelost moet worden, als ze meer transistors op het zelfde oppervalk zetten zonder snelheidsverlies.

[Verwijderd]

Volgens mij heeft dat ook weer met weerstand te maken.. doordat de transistor maar uit 1 atoom bestaat is er vrijwel geen weerstand meer en wordt er dus ook geen overbodige warmte geproduceerd.

[PageFault]

transistor <> 1 of 0!!!

Hoe kun je er anders versterkers van bouwen?
De digitale wereld is slechts een van de vele toepassingen van een transistor.

[DenHippie]

Een transistor heeft toch drie aansluitingen? De source, gate en drain. Door op een van die drie spanning te zetten (de gate geloof ik) wordt de stroom gestopt tussen de andere punten. Op de "foto" zijn maar twee aansluitpunten, hoe kan dit geheel dan werken als transistor?

[Verwijderd]

Die twee dingen bij elkaar vormen dus de transistor, als ik het verhaal goed heb begrepen.

[Verwijderd]

De vraag is wat er gaat gebeuren als de fysieke grenzen zijn bereikt wat er mogelijk is met atomen e.d. (zoals hierboven al het geval).

Kan er dan niet verdergewerkt worden met verschillende signaalfrequenties?
Dit zou ook voor een tal van nieuwe mogelijkheden kunnen zorgen als ik me niet vergis...

[Verwijderd]

Voor zover ik weet worden transistors in een processor bedient met een puls die dacht ik door een kristalhoudend component op je mobo wordt gegenereerd met een bepaalde frequentie bv 1 Ghz en dit is op zich al een signaal maar dan een digitaal signaal. Als je zoiets analoog zou gaan moduleren dan is het niet digitaal meer en zou je geen ingewikkelt cirquit van transistors meer kunnen gebruiken. Waar vooral in het verleden mee is geëxpirimenteerd zij logishe poorten die als het ware zijn opgebouwd uit transistoren met verschillende shakelspanningen wat ervoor zorgt dat je logishe poorten krijgt met meer waarden dan 0 en 1 Bv. 0 1 en 2. Als dit ooit voeten aan grond zet hebben we misschien een computer die echt tot 10 kan tellen en niet tot 1010 vertaald in 10

[RetepV]

gemaakt van pyridine, een soort benzeen met hieraan een stikstofatoom gebonden

Hmm, als je je processor dan verbrandt door slechte koeling komt er benzeen vrij en ben je binnen een paar jaar dood door kanker .

Ik voorzie nog een heleboel experimenten voordat er chips mee gemaakt kunnen worden die niet dodelijk zijn voor mensen.

[Verwijderd]

Pyridine en benzeen zijn niet hetzelfde hoor. Alles wat je eet bestaat voor minstens een deel uit aromatische koolwaterstoffen, waarvan "benzeenringen" de basis vormen. Dit "verbrand" (oxydeer) je in je lichaam, maar daar krijg je niet zomaar kanker van. Denk je dat die plastic isoleerlaag van je koperdraadjes eetbaar zijn?

Volgens de MSDS van benzeen kun je voor 10 minuten tot 150 ppm wat irritaties krijgen en pas bij 20.000 ppm direct dood. Kankertoestanden komen pas bij contacttijden > 24 weken.

[Jamaicaman]

Bestaat er niets kleiner dan een atoom?
Moet toch wel, er bestaat ook oneindig groot dus er zou ook iets oneindig klein kunnen/moeten zijn.

[PipoDeClown]

Zeker, daar begint het vage gebied van quantumfysica (overigens zeer interessant en leuk om te lezen boek is "Godel Escher Bach" )

[blaatenator]

Interessant boek idd, maar zeker niet voor iedereen!
Overigens gaat dit boek ook goed in op computertechniek. De fundamenten, dus.
Een aanrader, maar niet voor diegene die net z'n Cpp boek openslaat

[Verwijderd]

Atomen bestaan uit protonen, neutronen en elektronen die op hun beurt weer bestaan uit quarks, waar er 12 van zijn geloof ik.

Ik zag deze maand nog op TV een professor die vertelde dat ze nu weer de deeltjes hebben ontdekt waaruit quarks bestaan.

Het kan altijd kleiner natuurlijk

[Verwijderd]

Atomen bestaan uit protonen, neutronen en elektronen die op hun beurt weer bestaan uit quarks, waar er 12 van zijn geloof ik.

Nee, er zijn 6 soorten (smaken) quarks, met de namen up, down, charm, strange, top en bottom. En protonen, neutronen en elektronen bestaan dus elk uit een combinatie van 3 quarks.

[Skinkie]

Protonen, Electronen, Neutronen

dan hadden we volgens mij ook nog Quarks, maar zo diep ben ik bij natuurkunde niet gekomen

[Jamaicaman]

wtf offtopic, ik bedoel hier alleen maar mee te zeggen dat het misschien nog wel kleiner kan dan een atoom

[PipoDeClown]

Ach joh maak je niet druk om de moderaties, er zit gewoon een sukkeltje te klooien.

[voodooless]

Weet je dan niet dat alles uit snaren bestaan die in minstens 11 dimesies vibreren?