במשך עשורים, רכיבים אלקטרוניים הלכו והצטמקו, כיום ניתן, ובאופן רגיל למדי, לשבץ מילוני טרנזיסטורים על שבב סיליקוני בודד.

אך טרנזיסטורים המבוססים על מוליכים למחצה יכולים להצטמק עד לגודל מסוים. "בקצב ההתפתחות הטכנולוגית הנוכחי, בעוד כ-10 עד 20 שנים, לא יהיה ניתן יותר להקטינם," אומר הפיזיקאי יוקה קין יאפ מהאוניברסיטה הטכנולוגית של מישיגן. "לסמיקונדוקטורים יש חסרון נוסף: הם מבזבזים אנרגיה רבה בצורת חום."

לנסות משהו שונה
מדענים עורכים ניסויים בחומרים רבים ושונים לטרנזיסטורים, על מנת להתמודד מול בעיות אלו, ותמיד תוך עשיית שימוש במוליכים למחצה דוגמת סיליקון. בשנת 2007, יאפ החליט שהוא מעוניין לנסות משהו שונה לגמרי, העשוי לפתוח את הדלת לעידן חדש באלקטרוניקה.
"הרעיון היה לעשות טרנזיסטור באמצעות מבודד ברמת הנאנו עם מתכות ברמת הנאנו המונחות על גבו," הוא מסביר. "עקרונית, ניתן לקחת פיסת פלסטיק ולפזר על גבה מגוון אבקות מתכתיות כדי להכין את הרכיבים, בהנחה שהדבר נעשה  בצורה נכונה. אך מאחר שעסקנו בחומרים ברמת הנאנו, בחרנו גם במבודד שונה המתאים לגדלים אלו, צינוריות-נאנו של בורון-ניטריד (boron nitride  או BNNTs) ששימשו כמצע."
צוותו של יאפ הצליח להבין כיצד להכין שטיחים וירטואליים של בורון-ניטריד, שהם גם מבודדים, ולמעשה בעלי התנגדות גבוהה למטען חשמלי. באמצעות לייזרים, הצוות מיקם נקודות קוואנטום (quantum dots) של זהב זעירות (3 ננומטר) לאורך הצינוריות. צינוריות הבורון-ניטריד משמשות כמצע המושלם לנקודות קוואנטום אלו, בשל היותן זעירות, ניתנות לשליטה ובעלות קוטר אחיד, נוסף ליכולת הבידוד שלהן. צינוריות ה-BNNTs מגבילות את גודל הנקודות שניתן להניח על גבן.

מינהור קוואנטי
בשיתוף עם מדענים מהמעבדה הלאומית של אוק רידג' (ORNL), הצוות חיבר אלקטרודות משני צידי צינוריות ה-BNNT המנוקדות בטמפרטורת החדר, ומשהו מעניין התרחש. אלקטרונים קפצו בצורה מאוד מדויקת מנקודת זהב אחת לשנייה, תופעה המכונה מינהור קוואנטי (quantum tunneling).
"דמיינו שצינוריות הנאנו הן נהר, והאלקטרודות נמצאות בכל אחד מצידי הגדה. כעת דמיינו מספר אבנים זעירות לרוחבו של הנהר," אומר יאפ. "האלקטרונים קופצים על אבני זהב אלו. האבנים כה זעירות כך שניתן למקם על כל אחת מהן אלקטרון בודד בזמן נתון. כל אלקטרון חוצה בדיוק באותה הדרך, כך שהרכיב נמצא תמיד במצב יציב."
הצוות של יאפ ייצר למעשה טרנזיסטור ללא מוליך למחצה. כשיוצר מספיק וולטז', הוא עבר למצב מוליך. כאשר הוולטז' היה נמוך או כבוי, הוא עבר למצבו הטבעי כמבודד.
נוסף לכך, לא הייתה כל 'דליפה': שום אלקטרון שקיפץ בין נקודות הזהב לא ברח אל צינוריות ה-BNNT המבודדות, ובכך נשמרה תעלת המינהור קרירה. בניגוד לכך, סיליקון מהווה מקור לדליפות, דבר הגורם לבזבוז אנרגיה במכשירים אלקטרוניים ומייצר חום רב.
היו כבר אחרים שייצרו טרנזיסטורים שניצלו את אפשרות המינהור הקוואנטי, מציין הפיזיקאי ג'ון ייאסצ'ק ממישיגן-טק, שאחראי על פיתוח המסגרת התיאורטית של מחקרו של יאפ. אולם, רכיבי מינהור אלו פעלו רק בתנאים מסוימים שירתיעו את משתמשי הטלפונים הסלולאריים של ימינו. "הם פעלו רק בטמפרטורות בהן הליום הוא נוזל", מסביר ייאסצ'ק.

סוד הצינוריות המנוקדות
הסוד של רכיב הצינוריות המנוקדות בזהב של יאפ טמון בגודלו התת-מיקרוסקופי: אורך של מיקרון אחד, ורוחב של 20 נאנומטר. "איי הזהב חייבים להיות ברמת הנאנומטרים הבודדים, על מנת לשלוט בתנועת האלקטרונים בטמפרטורת החדר," אומר ייאסצ'ק. "אם הם גדולים מדי, יותר מדי אלקטרונים עלולים לזרום." במקרה זה, קטן הוא באמת ובהכרח טוב יותר: "עבודה עם ננו-צינוריות ונקודות קוואנטום מעבירה אותך לאופי העבודה הרצוי עם רכיבים אלקטרוניים."
 "באופן תיאורטי, תעלות מינהור ניתנות למיזעור לרמה וירטואלית נטולת ממדים כשהמרחק בין האלקטרודות מצומצם לכדי חלקיק המיקרון," מסביר יאפ, שהגיש לאחרונה בקשה לרישום פטנט בינלאומי על הפיתוח.