Fysikere introducerer ny mekanisme for elektronoptik i solid state-systemer

Elektroner kan interferere på samme måde som vand, akustiske eller lysbølger gør. Når de udnyttes i solid-state materialer, sådanne effekter lover ny funktionalitet for elektroniske enheder, hvor elementer som interferometre, linser eller kollimatorer kunne integreres til styring af elektroner i omfanget af mirco- og nanometer. Imidlertid, hidtil er sådanne effekter hovedsageligt blevet påvist i endimensionelle enheder, for eksempel i nanorør, eller under særlige betingelser i todimensionale grafenindretninger. Skriver ind Fysisk gennemgang X , et samarbejde, der omfatter afdelingerne for fysik i Klaus Ensslin, Thomas Ihn og Werner Wegscheider i Laboratory for Solid State Physics og Oded Zilberberg ved Institute of Theoretical Physics, introducerer nu et nyt generelt scenario til realisering af elektronoptik i to dimensioner.

Det vigtigste funktionelle princip for optiske interferometre er interferens af monokromatiske bølger, der formerer sig i samme retning. I sådanne interferometre, interferensen kan observeres som en periodisk svingning af den transmitterede intensitet på varierende lysets bølgelængde. Imidlertid, interferensmønsterets periode afhænger stærkt af lysets indfaldsvinkel, og, som resultat, interferensmønsteret beregnes i gennemsnit, hvis der sendes lys gennem interferometeret ved alle mulige indfaldsvinkler på én gang. De samme argumenter gælder for interferens af stofbølger som beskrevet af kvantemekanik, og især til interferometre, hvor elektroner forstyrrer.

Som en del af deres ph.d. projekter, eksperimentelisten Matija Karalic og teoretikeren Antonio Štrkalj har undersøgt fænomenet elektronisk interferens i et solid-state system bestående af to koblede halvlederlag, InAs og GaSb. De opdagede, at båndinversionen og hybridiseringen i dette system tilvejebringer en ny transportmekanisme, der garanterer ikke-forsvindende interferens, selv når alle forekomstvinkler opstår. Gennem en kombination af transportmålinger og teoretisk modellering, de fandt ud af, at deres enheder fungerer som et Fabry-Pérot-interferometer, hvor elektroner og huller danner hybridtilstande og forstyrrer.

Betydningen af ​​disse resultater går stærkt ud over den specifikke InAs/GaSb -erkendelse, der blev undersøgt i dette arbejde, da den rapporterede mekanisme udelukkende kræver de to ingredienser i båndinversion og hybridisering. Derfor er nye veje nu åbne for konstruktion af elektronoptiske fænomener i en lang række materialer.