Ein Vorschlag für nanoskalige Geräte basierend auf Atom/Molekül-Umschaltung

Dieses Papier schlägt ein sehr kleines Schaltgerät vor, das als Atom-Relay bezeichnet wird und die aktuellen Metall-Oxid-Halbleiter-Geräte im nächsten Jahrzehnt ersetzen soll. Die Grundkonfiguration eines Atom-Relays besteht aus einem Atomdraht, einem schaltenden Atom und einem Schalt-Tor, mit Gesamtabmessungen unter 10 nm und einer Betriebsgeschwindigkeit von mehr als Terahertz-Niveau. Das Funktionsprinzip des Atom-Relays besteht darin, dass ein schaltendes Atom durch das elektrische Feld, das vom Schalt-Tor bereitgestellt wird, aus dem Atomdraht verdrängt wird, und das Atom-Relay weist einen „Aus“-Zustand auf. Die Schaltmerkmale des Atom-Relays werden durch Simulation demonstriert, und es wird gezeigt, dass die Elektronenfortpflanzung erfolgreich unterbrochen wird, wenn eine Lücke von etwa 0,4 nm im Atomdraht durch die Verschiebung des schaltenden Atoms gebildet wird. Eine Selbst-Relay-Struktur, in der das schaltende Atom durch das elektrische Feld des Atomdrahts selbst verdrängt wird, ermöglicht eine dynamische Speicherzelle, und die Funktionen werden durch Simulation bestätigt. Grundlegende Logikschaltungen wie NAND- und NOR-Gatter-Konstruktionen werden ebenfalls vorgeschlagen. Diese Logik- und Speicher-schaltungen können einen Supercomputer in einem 200-μm-Quadrat integrieren, mit 10^7 Logikschaltungen und 10^9 Bits Speicher und bei mehr als 10^12 Hz arbeiten. Das Atom-Relay wird auf der Grundlage der für integrierte Schaltkreise erforderlichen Merkmale sowie mehrerer nanoskaliger Geräte bewertet und als das vielversprechendste Kandidatgerät für zukünftige integrierte Schaltkreise befunden.