Hur kan nanoteknik förbättra elektronik och datorer?

En dator "tänker" med hjälp av transistorer; små elektriska komponenter som fungerar som mycket snabba strömbrytare. Datorn räknar genom att slå på och av transistorerna — ge dem värdet ett eller noll. Det gör att ju fler transistorer en dator består av, desto snabbare blir den. För att få plats med allt fler transistorer har datortillverkarna arbetat med att krympa dem. Den första transistorn var flera centimeter stor. I dag är de bara ungefär 50 nanometer, så de har krympt ungefär en miljon gånger.
 
Design av kiselkomponenter på atomnivå kan ge mindre elektronik ytterligare en tid, men snart kommer datorutvecklarna till en gräns när transistorerna inte kan bli mindre utan att sluta fungera. Till exempel börjar de elektriska ledningarna bli för tunna. I en ledning som bara är ett tiotal nanometer bred slutar elektronerna att strömma fram. I stället blir den som en droppande kran, där elektronerna kommer en och en. Dessutom börjar elektronerna i ledningarna att smita ut genom ledningens väggar. Det kallas för att elektronerna tunnlar, och det kan kortsluta en krets. Vill datorföretagen få fram ännu snabbare datorer måste de tänka om och tänka nytt. Målet är att skapa datorer som utnyttjar nanovärldens märkliga fenomen. I stället för att jobba emot tunnlande elektroner och droppande elektronströmmar gäller det att jobba med dem.
 
En lösning kan vara så kallade kvantprickar. Forskare i Lund bygger nanotrådar av olika halvledande material. En nanostor transistor skulle gå att bygga genom att stänga in halvledarlager mellan tunna hinder, två tunnlingsbarriärer. Sådana instängda lager kallas för kvantprickar. Genom att lägga på en yttre spänning går det att styra elektroner i nanotråden så att de antingen tunnlar genom barriärerna och ger en ström genom kvantpricken (transistorn är "på") eller fångas i kvantpricken (transistorn är "av"). Sådana små transistortrådar skulle ge helt nya möjligheter att bygga både mindre och snabbare elektronik.
 
Elektroner i en elektrisk ström är inte bara negativt laddade, utan har också en kvantmekanisk egenskap som kallas för spinn. Egenskapen är kopplad till magnetism och spinnet kan ha två riktningar — spinn upp och spinn ner. Det öppnar för en annan väg till framtidens elektronik — spinntronik. Här använder man elektronernas spinn för att förmedla information. Ett amerikanskt företag har till exempel lanserat ett datorminne som bygger på spinntronik. Det består av små minnesceller byggda kring en tunnlingsbarriär. När elektroner på var sida om barriären har olika spinn kan de inte tunnla över till andra sidan — cellen är av. Ett svagt magnetfält kan dock få alla elektroner att spinna åt samma håll — de börjar tunnla och cellen slås på. Förutom att erbjuda pyttesmå elektronikkomponenter har minnet fördelen att elektronernas behåller sitt spinn även när strömmen slås av. En dator byggd med spinntronik-minne behöver alltså inte börja med att läsa in information från hårddisken, utan kan starta på ett ögonblick.