Robert Wolkow is geen onbekende in het beheersen van de ultrakleine en ultrasnelle. Een pionier in wetenschap op atomaire schaal met een Guinness World Record om op te starten (voor een naald met een enkel atoom op de punt), Het Wolkow-team, samen met medewerkers van het Max Plank Instituut in Hamburg, hebben zojuist bevindingen vrijgegeven waarin wordt beschreven hoe atomaire schakelaars voor elektriciteit kunnen worden gemaakt, vele malen kleiner dan wat nu wordt gebruikt.

Wat betekent het allemaal? Met toepassingen voor praktische systemen zoals silicium halfgeleiderelektronica, het betekent kleiner, efficiënter, meer energiebesparende computers, als slechts één voorbeeld van de technologische revolutie die zich vlak voor onze ogen ontvouwt (als je zo hard kunt turen).

"Dit is de eerste keer dat iemand een omschakeling van een kanaal met één atoom heeft gezien, " legt Wolk uit, een natuurkundeprofessor aan de Universiteit van Alberta en de Principal Research Officer van het Canada's National Institute for Nanotechnology. "Je hebt gehoord van een transistor - een schakelaar voor elektriciteit - nou ja, onze schakelaars zijn bijna honderd keer kleiner dan de kleinste die momenteel op de markt is."

De kleinste transistors van vandaag werken op 14 nanometer niveau, die nog steeds duizenden atomen vertegenwoordigt. Wolkow's en zijn team aan de Universiteit van Alberta, NINT, en zijn spin-off QSi, hebben de technologie teruggebracht tot slechts een paar atomen. Aangezien computers gewoon een samenstelling zijn van vele aan/uit-schakelaars, de bevindingen wijzen niet alleen de weg naar ultra-efficiënte computers voor algemene doeleinden, maar ook naar een nieuwe weg naar kwantumcomputing.

"We gebruiken deze technologie om ultragroene, energiebesparende computers voor algemeen gebruik, maar ook om de ontwikkeling van kwantumcomputers te bevorderen. We bouwen de meest energiebesparende elektronica ooit, verbruiken ongeveer duizend keer minder stroom dan de hedendaagse elektronica."

Hoewel de nieuwe technologie klein is, de potentiële maatschappelijke, economisch, en de milieu-impact van de ontdekking van Wolkow is erg groot. Vandaag, onze elektronica verbruikt enkele procenten van de elektriciteit in de wereld. Naarmate de omvang van de energievoetafdruk van de digitale economie toeneemt, materiaal- en energiebesparing wordt steeds belangrijker.

Wolkow zegt dat er verrassende voordelen zijn om kleiner te zijn, zowel voor normale computers, en, ook voor kwantumcomputers. "Kwantumsystemen worden gekenmerkt door hun delicate greep op informatie. Ze zijn altijd zo gemakkelijk te verstoren. Interessant is echter dat hoe kleiner het systeem wordt, hoe minder verstoringen." Daarom, Wolkow legt uit, kun je een systeem creëren dat tegelijkertijd verbazingwekkend klein is, minder materiaal gebruiken en karnen door minder energie, terwijl u de juiste informatie vasthoudt.

Wanneer de nieuwe technologie volledig is ontwikkeld, het zal niet alleen leiden tot een kleinere energievoetafdruk, maar ook tot meer betaalbare systemen voor de consument. "Het is een beetje verbazingwekkend als alles samenkomt, ' zegt Wolk.

Wolkow is een van de weinige mensen ter wereld die praat over productie op atoomschaal en gelooft dat we getuige zijn van het begin van de komende revolutie. Hij en zijn team hebben samengewerkt met de grootschalige industrieleider Lockheed Martin als toegangspoort tot de markt.

"Het is iets waar je nog niet eens over hoort, maar de productie op atoomschaal zal wereldveranderend zijn. Mensen denken dat het niet helemaal haalbaar is, maar maar we maken al routinematig dingen van atomen. We doen het niet zomaar. We doen het omdat de dingen die we kunnen maken steeds meer wenselijke eigenschappen hebben. Ze zijn niet alleen kleiner. Ze zijn anders en beter. Dit is nog maar het begin van wat minstens een eeuw aan ontwikkelingen zal zijn in de productie op atoomschaal, en het zal transformerend zijn."

"Time Resolved Single Dopant Charge Dynamics in Silicon" verscheen in de editie van 26 oktober van Natuurcommunicatie , een open access tijdschrift in de groep van Nature, toonaangevende wetenschappelijke publicaties.