IBM ontwikkelt transistor die elektron voor elektronwerkt

Onderzoekers van IBM en van Massachusetts Institute of Technology hebben een experimentele transistor gemaakt waarin de afzonderlijke elektronen een schakelfunctie zouden kunnen hebben. De werking ervan komt in principe overeen met die van een gewone veldeffecttransistor, waarin een stroom tussen twee elektroden op een halfgeleider met behulp van een elektrische spanning wordt gestuurd.

Bij deze transistor loopt de stroom tussen de twee elektroden echter door een smal 'kanaal' in het halfgeleidermateriaal. Hij wordt daartoe gedwongen door twee strippen metaal die zich tussen de elektroden bevinden. Twee jaar geleden ontdekten de onderzoekers dat tijdens het verhogen van de spanning op de transistor de stroom in het nauwe kanaal niet gelijkmatig toenam, zoals bij een gewone transistor, maar tijdens het toenemen periodiek fluctueerde. Dit leek fysisch onmogelijk, maar het effect was reeel.

Een mogelijke verklaring voor het effect werd gevonden in de aanwezigheid van enkele onzuiverheden in het materiaal langs het kanaal, die de elektronen in hun beweging zouden belemmeren. Om deze hypothese te testen brachten de onderzoekers op twee plaatsen in het kanaal via de zijstrippen een insnoering aan, die vervolgens onder een zwakke, negatieve spanning werden gezet. Met behulp van deze constructie kon het eerder ontdekte effect nu telkens en op steeds dezelfde manier tevoorschijn worden geroepen (Physical Review Letters 65, p. 771).

De twee insnoeringen hebben tot gevolg dat het segment dat zich ertussen bevindt min of meer van het overige deel van het kanaal is geisoleerd. Er gaan dan quantumeffecten bij de insnoeringen plaatsvinden, die tot gevolg hebben dat de stroom die door het kanaal loopt ook afhangt van het aantal elektronen dat zich in het geisoleerde stukje kanaal bevindt. De optredende fluctuaties tijdens het toenemen van de spanning zouden samenhangen met het telkens met een toenemen van dit aantal elektronen.

Bij een gewone transistor wordt tijdens een spanningsverandering een keer geschakeld (aan of uit). Met deze nieuwe soort transistor zou het echter mogelijk zijn om tijdens een spanningsverandering vele keren te schakelen, hetgeen een hele reeks van nieuwe toepassingen in het verschiet zou brengen. Het feit dat het effect momenteel alleen optreedt bij een temperatuur van minder dan een graad boven het absolute nulpunt (-273 C), maakt toepassing in de praktijk vooralsnog onmogelijk. En bovendien moeten de onderzoekers eerst nog te weten komen hoe het effect nu precies tot stand komt, want er zijn nog vragen te over.