Research press release

原子の再配列によるナノスケールスイッチ

Nature Nanotechnology

Nanoscale switches by rearrangement of single atoms

原子の再配列によるコンダクタンススイッチング機構を利用した高信頼性・耐疲労性2端子原子スイッチが、今週オンライン版に報告されている。こうしたスイッチ は、ナノスケール版トランジスターといえる。

デバイスの高速化、低コスト化、低消費電力化の要求から、電子部品のナノスケールへの小型化が進められている。原子スケールスイッチは、少数原子で構成される金属ワイヤーの原子配置を制御することによって、オン状態からオフ状態へと電気伝導度が変化する部品である。

Elke Scheerらは、アルミニウムワイヤーのくびれの中央に原子サイズのアルミニウム接点を形成することによって、原子スイッチを作製した。くびれの 部分に大電流を流すと、エレクトロマイグレーションという現象が起こり、原子が位置を変えるため、電流の流れやすさが変わる。Scheerらは、こうしたエレク トロマイグレーションによる原子の再配列のおかげで、伝導度が2つの値の間で再現性よく可逆的に切り替わることを明らかにした。また、原子スイッチが不揮発性メ モリーデバイスとして動作することも実証しており、原子配置に1ビットの情報を記憶できることを明らかにしている。情報の書き込みと読み出しは電流によって行われる。

Conductance switching can be achieved by the displacement of single atoms in a reliable and fatigue-resistant two-terminal atomic switch - a nanoscale version of a transistor - reports a study published online this week in Nature Nanotechnology.

Miniaturization of electronic components to the nanoscale is driven by the need for faster, cheaper, less-power-consuming devices. In atomic-scale switches, the change in electrical conductance from the on to the off state relies on the control of the atomic configuration in a metal wire made up of a small number of atoms.

Elke Scheer and colleagues have created a switch that is made from an atomic-size aluminium contact that is located in the centre of a constriction fabricated in an aluminium wire. By passing high current through the constriction, single atoms are displaced by a phenomenon called electromigration, which changes the ability of the constriction to allow electrical current to pass through. The authors show a reproducible and reversible toggling of the conductance between two well-defined values due to the rearrangement of single atoms induced by electromigration. They also demonstrate the ability of the atomic switch to operate as a non-volatile memory device, showing that the switch can store one bit of information in its atomic configuration, which is written and read by means of an electrical current.

doi: 10.1038/nnano.2013.170

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