En ny kvantekontakt til elektronik

En russisk fysiker og hans internationale kolleger studerede en kvantepunktskontakt (QCP) mellem to ledere med eksterne oscillerende felter anvendt på kontakten. De fandt ud af, at for nogle typer kontakter, en stigning i svingningsfrekvensen over en kritisk værdi reducerede strømmen til nul - en lovende mekanisme, der kan hjælpe med at skabe nanoelektroniske komponenter. Denne forskning støttet af Russian Science Foundation (RSF) blev offentliggjort i Fysisk gennemgang B tidsskrift.

En vedvarende tendens inden for moderne elektronik, miniaturisering har ansporet efterspørgslen efter nye enheder i nano-størrelse, der kan prale af avanceret ydeevne og udnytte kvanteeffekter med elektroner, der opfører sig som partikler og bølger på samme tid. Af særlig betydning er præcis styring af ladningstransport ved hjælp af eksterne elektriske og magnetiske felter. Dette kan opnås i en lille QPC, der kan sammenlignes i størrelse med et atom (flere ångstrøm) og med kun få elektronbølgelængder, der passer ind. Sådanne kontakter kan opnås eksperimentelt ved at forbinde to massive elektroder med et lag todimensionel elektrongas, dvs. gas med partikler, der frit bevæger sig i to retninger, og derefter påføre spænding til pladerne. Jo højere spænding, jo større det forbudte område for elektronerne og jo smallere kontakt.

Forfatterne lavede teoretisk forskning om to ledere forbundet med en QPC udsat for eksterne oscillerende felter. Ladebærerne i lederne blev antaget at have forskellige startkoncentrationer. Ved lave svingningsfrekvenser, strømmen ved kontakten har en tendens til at udligne koncentrationerne. Imidlertid, forskerne opdagede, at for en bestemt type kontakter, strømmen falder til nul, og koncentrationerne er aldrig ens ved frekvenser over den kritiske værdi. Dette giver sigende tegn på en ikke-ligevægtsfaseovergang-et dynamisk fænomen, der tegner sig for den grundlæggende forskel mellem systemegenskaberne under og over den kritiske værdi af en ekstern parameter, I dette tilfælde, svingningsfrekvens.

"Denne slående effekt illustreres bedst ved et enkelt eksempel. Forestil dig to kar fyldt med vand og deres bund forbundet med et rør. Hvis vandstandene er forskellige, vand vil blive ved med at strømme fra det ene fartøj til det andet, indtil dets niveauer er de samme i begge fartøjer. Forestil dig nu, at vi ryster røret med en frekvens over en kritisk værdi. Vand vil stoppe med at flyde og vil aldrig balancere til det samme niveau. Selvfølgelig, dette sker ikke med vand i virkeligheden, men det sker med elektroner, der strømmer gennem en kvantekontakt "rystet" af eksterne elektriske og magnetiske felter, "forklarer Oleg Lychkovskiy, en ph.d. i fysik og matematik og en senior forsker ved Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), Moscow Institute of Physics and Technology and (MIPT) og V.A. Steklov Matematisk Institut for RAS.

Denne forskning kan bane vejen for nye nanometer-skala elektroniske enheder med en bred vifte af potentielle applikationer. Elektroniske enheder og systemer baseret på kvanteeffekter er en lovende metode til forskning, i betragtning af, at det russiske marked for nanoelektronik og fotonik kan ballonere til 20 milliarder rubler i 2027.