Kvantumpont segíti a számítástechnikát

A világ legkisebb kvantumpontját hozták létre kanadai kutatók egyetlen, 1 nanométernél kisebb szilíciumatomból kiindulva - közölte az Albertai Egyetem honlapja.

A felfedezés lehetővé teszi, hogy akár az egyedi elektronokat is ellenőrzés alatt tartsák, ami elérhető közelségbe hozza a kvantumpontokon alapuló, extrémkevés energiát igénylő elektronikus eszközöket. A kvantumpontok különleges elektromos tulajdonsággal rendelkeznek, mert az egyébként igen mozgékony elektronok mintegy "dobozva zárva" vannak körülötte. Ez számos, ma még forradalmi változást hozhat az elektronikus eszközökben.

A Robert A. Wolkow fizikus által vezetett kutatócsoport az eddigi 2-10 nanométeres kvantumpontok helyett most egy nanométernél kisebb kvantumpontot hozott létre, ráadásul szobahőmérsékleten, ami az eddig elméletben létező, minimális energiát igénylő kvantumszámítógépet közel hozhatja a megvalósuláshoz. A Physical Review Letters című szakfolyóiratban közölt tanulmányban Wolkow és munkatársai leírják, hogy egyetlen szilíciumatomot egy szokványos szilíciumkristályon helyeztek el. Az így létrehozott kvantumpont lehetővé teszi, hogy akár egyenként irányítsák az elektronokat. A kvantumpontot, a néhány nanométer átmérőjű félvezető kristályt különböző, akár biológiai felületekhez is hozzá lehet kapcsolni. Segítségükkel jelezhető a molekulák helye is, mert gerjesztő fénysugár hatására fluoreszkálnak. A kibocsátott fény színe a kvantumpont méretétől függ, fotostabilitása nagy, lényegében örökéletű.


"A jelenlegi tranzisztoros számítástechnikai rendszerekhez képest ezerszer kevesebb energia kell majd egy bit létrehozásához a most felfedezett kvantumpöttyön alapuló rendszerekkel" - kommentálta a bejelentést Kroó Norbert fizikus, az MTA alelnöke. Az áttörés hatására a kvantumpötty-technológián alapuló lézerek és napelemek hatékonysága is ugrásszerűen megnőhet, és az orvosi diagnosztikában, rákterápiában is előrelépés várható a "mesterséges molekulák" segítségével.

Kroó Norbert elmondta, hogy a dobozba zárt elektront, azaz a kvantumpöttyöt megelőzte a kvantumgödör és a kvantumdrót. A Nobel-díjat érő kvantumgödör úgy készült, hogy a kutatók egy irányban megakadályozták az elektronok áramlását. Már ez is kisebb energiaszükségletű berendezéseket eredményezett. A tranzisztorokban, diódákban folyó áram ugyanis - melyeken a mai elektronikus berendezések alapulnak - hőt termelnek, a hűtés jelentős energiát igényel. Újabb előrelépést hozott, amikor a fizikusoknak megfelelő anyagok alkalmazásával már két irányban sikerült megakadályozniuk az elektronok elkóborlását: ez a kvantumdrót.

A kvantumpöttyben már nulla az elektron szabadsági foka, semmilyen irányban nem ugrálhat ki, pár száz vagy ezer atomból álló "dobozba" van zárva - magyarázta az akadémikus. Ilyen méretű, 2-10 nanométeres kvantumpötty már forgalomban is van. Mivel nagyon jó hatásfokkal gerjeszthető, fény kibocsátásra késztethető, ezért az orvosi diagnosztikában, egyes rákterápiákban, lézerek előállításában és napelemekben alkalmazva ígér újdonságokat.

Az áttörést jelentő kvantumpötty, amely egy nanométernél (a milliméter milliomod része) is kisebb, szobahőmérsékleten is stabil. "A megalkotott rendszerben erősebb folyamatok zajlanak, mint a részecskék rezgése, ezért nem kell hűtéssel megelőzni a rezgést" - emelte ki Kroó a felfedezés egyik nagy előnyét. "A kanadaiak a félvezetőipar alapvető anyagára, szilíciumra vékony, atomi rétegben hidrogént vittek fel, majd egy, kettő vagy több hidrogén atomot kiemeltek. A szilícium tulajdonsága, hogy ilyenkor odaköti magához az elektront, így jött létre az egy, kettő vagy több atomnyi kvantumpötty a hidrogén atomok kiemelése után. A műveletet speciális tűvel, mikroszkóppal lehet elvégezni" - magyarázta az akadémikus.

Amikor két kvantumpötty van egymás mellett, az ott lévő elektront megosztják, ezért szokták mesterséges molekulának is nevezni. A kvantumpöttyökben lévő elektron kívülről, elektromos térrel mozgatható, ez az, ami egy új számítástechnikai rendszer, a kvantumos számítógép alapja lehet Kroó szerint. A kvantumpöttyök orvosi, diagnosztikai alkalmazásánál azt használják ki, hogy fénnyel igen jó hatásfokkal gerjeszthetők, hogy maguk is fényt bocsássanak ki. A véráramba juttatva lumineszkáló jelzőanyagként működik, csak a megvilágítás hullámhosszát kell megfelelően megválasztani. A szervezetben található molekulákkal összemérhető méreténél fogva a kvantumpötty a test bármely pontjához eljuttatható, így például rákos sejtek megtámadására is alkalmas lehet - emelt ki egy újabb felhasználási területet az akadémikus.

Az Albertai Egyetemen, Edmontonban működő Nanotechnológiai Intézetben Robert Wolkow vezetésével molekuláris szintű eszközök kifejlesztésén dolgoznak. "Nagyon jól felszerelt intézmény, nagyszerű szakemberekkel zajlanak a kutatások, biztos vagyok benne, hogy még sok fontos eredmény kapcsán hallunk róluk" - hangsúlyozta Kroó Norbert.