Uusiin mikroprosessoreihin pakataan miljardeja transistoreja. Piisirujen miniatyyrisointi on kuitenkin törmäämässä fysiikan rajoihin.
Professori Peter Liljeroth (35) tutkimusryhmineen tekee perustutkimusta, joka voimahdollistaa nanomittakaavan elektroniikan rakentamisen atomi kerrallaan.
"Osaamme jo liikutella yksittäisiä atomeja", Liljeroth kertoo.
Liljerothille myönnetyllä ERC-apurahalla ryhmä tutkii tarkasti määriteltyjä atomirakenteita ja mahdollisuuksia kytkeä yhden molekyylin kokoisia elektroniikkakomponentteja toisiinsa.
Niin pieniä kuin nykyisten piisirujen elektroniikkakomponentit ovatkin, ovat ne nanoelektroniikkaan verrattuna jättimäisiä. Pieninkin piitransistori sisältää satoja tuhansia atomeja, mutta nanoteknologiaa hyödyntäen transistori voidaan rakentaa jopa yhdestä ainoasta atomista. Todellisia elektroniikkasovelluksia ei vielä kuitenkaan ole, koska atomien siirtely on hidasta kokeellista käsityötä.
Liljerothin Atomic Scale Physics -ryhmä kehittää valmistusmenetelmää atomikoon elektroniikalle. Komponenttien rakennusaineena tutkijat käyttävät piin sijasta uutta materiaalia, vuonna 2010 Nobel-palkittua grafeenia. Grafeeni on hiiliatomien muodostama verkko, joka on ainoastaan yhden atomin paksuinen. Grafeeni on vahvin tunnettu materiaali ja paras tunnettu sähkönjohde. Sen poikkeukselliset ominaisuudet ovat herättäneet tutkijoiden keskuudessa valtavaa kiinnostusta. Vuonna 2010 grafeeni oli noin 3000 tutkimuspaperin aiheena.
Haluttuun muotoon muokkaamista
Liljerothin tutkimussuunnitelman tavoite on oppia muokkaamaan grafeenia atomin tarkkuudella haluttuun muotoon. Tutkijat haluavat myös lisätä grafeenihilaan muita molekyylejä. Josmenetelmä keksitään, grafeenista voitaisiin rakentaa korkeataajuustransistoreja ja muita elektroniikkakomponentteja, joille ei löydy vastinetta piiteknologiasta.
Jos ryhmä on onnistunut tavoitteessaan ERC-apurahakauden päättyessä vuonna 2016, Pc:n sisuksista saattaa löytyä tulevaisuudessa piin asemasta hiiltä.
"Toimivan elektroniikkalaitteen tekeminen olisi aikamoinen läpimurto", Liljeroth uskoo.
Liljeroth muistuttaa, että kyse on fysiikan perustutkimuksesta. Vuonna 1947 kehitetty perinteinen transistori oli sekin vasta ensi askel koko nykyisen elektroniikan kehitykselle.
"Tarkoitus on tutkia fysiikan ilmiöitä atomitasolla ja katsoa mitä siellä tapahtuu", Liljeroth selvittää.
