Изобретение полупроводниковых транзисторов привело к цифровой революции. Современные процессоры из кремния содержат миллиарды электронных компонентов (пока что рекорд здесь – около 18 млрд транзисторов в одном процессоре).
Тем не менее у привычной технологии есть ограничения и недостатки – в том числе относительно высокая энергоемкость. В индустриально развитых странах на компьютеры и другие электронные устройства приходится около 10% от общего потребления энергии. Сократить его могут помочь одноатомные транзисторы.

Первые опытные образцы транзисторов, в которых для управления током используются отдельные атомы, созданы еще в первой половине 2000-х. Одно из первых подобных устройств сделали инженеры под руководством Томаса Шиммеля (Thomas Schimmel) в Технологическом институте Карлсрэ: расстояние между металлическими контакты в транзисторе не превышало размера атома.

С помощью управляющего электрода в зазор сначала помещали, а затем убирали атом серебра, который служил ключом, открывающим путь для электрического тока. Одноатомный транзистор давал возможность управлять токами в 10 тысяч раз меньшими, чем позволяют полупроводниковые транзисторы. Однако прототип получился непригодным для практического применения: его контакты должны постоянно находиться в жидкости, а ведь довольно трудно представить процессор с миллиардами ячеек, заполненными жидкостью.

Недавно исследователи предприняли попытку сделать транзистор менее капризным. Вместо жидкого электролита с атомами серебра они поместили между контактами гель, который тоже содержит атомы серебра и который сделан на основе пирогенного диоксида кремния. В итоге удалось избежать протечек, которые возникали в случае с жидким наполнителем. Что же до самого геля, то производство пирогенного диоксида кремния в мире давно освоено, как отмечают в Advanced Materials авторы работы.

В дальнейшем совершенствование технологии может дать нам «вечную» электронику, которая годами будет работать от небольших батарей. А компьютеры на одноатомных транзисторах могут косвенно уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа – за счет низкого потребления энергии.

Стоит отметить, что на привычные полупроводниковые приборы сейчас наступают с нескольких сторон, и у одноатомных транзисторов здесь есть мощные конкуренты. Так, в нескольких лабораториях – в том числе в лаборатории IBM – пытаются создать новые мощные и надежные процессоры, используя свойства графена.