Тонкие эксперименты показали, что даже для проводников размерами в несколько атомов работают старые добрые законы электродинамики.

До сих пор закон Мура в целом соблюдался

Чем точнее и дешевле становятся технологии, тем больше транзисторов можно уместить на кремниевом кристалле. На практике, число их удваивается примерно каждые два года, обеспечивая стремительный рост производительности и миниатюризацию электроники. Этот принцип, известный всем как Закон Мура, был подмечен еще в 1960-х, и с тех пор с приемлемой точностью соблюдался — но продолжаться бесконечно это не может.

Сегодня мы приближаемся к такому уровню, на котором в работу микросхем вплотную вторгаются иные, непредсказуемые — квантовые — принципы, которые влияют, конечно, и на электродинамические явления. Рано или поздно они должны существенно повлиять на производительность микросхем. Уже в процессорах Intel последнего поколения длина некоторых проводников не превышает 22 нм.

Взять хотя бы такое понятие, как сопротивление: в частности, оно зависит от удельного сопротивления проводника, которое определяется способностью вещества, из которого он сделан, проводить электрический ток. Но как меняется удельное сопротивление проводника, когда в него вмешиваются квантовые эффекты?

Судя по всему, никак: такую надежду дает опубликованная недавно работа австралийских исследователей из команды профессора Мишель Симмонс (Michelle Simmons). Под руководством Симмонс исследователи соорудили действительно тончайшие — атомарных размеров — проводники и изучили их поведение.

Для этого на кремниевую подложку был нанесен слой из атомов водорода, в котором затем с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа «процарапали» бороздки шириной не более нескольких атомов. Эти бороздки заполнялись фосфором, и после нагревания, позволившего удалить остатки водорода, вся структура покрывалась новым слоем кристалла кремния. Таким путем авторы и получили микросхему, в которой свободные электроны атомов фосфора обеспечивали движение тока. При этом длина отдельных проводников варьировалась в пределах 1,5−11 нм, а самые миниатюрные имели всего один атом в диаметре и четыре в длину.

На следующем шаге ученые самым тщательным образом замерили величину сопротивления для своих проводников — и показали, что удельное сопротивление существенно не меняется даже при достижении атомарных размеров проводника. Фактически, даже на этом уровне действуют классические законы электродинамики, включая и Закон Ома, который связывает силу тока с напряжением и сопротивлением. А значит, и микросхемам будущего еще есть куда уменьшаться — возможно, даже на порядок.

Впрочем, работающий в США эксперт Суман Датта (Suman Datta) относится к таким выводам довольно скептически. Он полагает, что проделана «замечательная экспериментальная работа», однако в массовом производстве микросхем применяются другие технологии, и с помощью которых получить проводники с теми же параметрами, увы, не удастся.

По сообщению Nature