Elektronisk billard i nanoskala kredsløb:Karakterisering af fotoelektroner med kvantepunktskontakter

I solceller, solstråling booster elektroner til højere energitilstande, og dermed frigøre dem fra deres atombindinger, efterhånden som elektricitet begynder at flyde. Forskere ledet af professor Alexander Holleitner, fysiker ved Technische Universitaet Muenchen (TUM, Tyskland), har udviklet en ny metode til at analysere måden fotogenererede elektroner bevæger sig i de mindste fotodetektorer. De præsenterer frugterne af deres forskning i det aktuelle nummer af magasinet Nano bogstaver .

Kernen i metoden er en såkaldt kvantepunktkontakt (QPC). Dette er en smal ledende kanal i et halvlederkredsløb. Forskerne oprettede en 70-nanometer smal kanal, omtrent lige så bred som bølgelængden af ​​elektroner i halvlederen. Nøglen er, at kun én elektron ad gangen vil passe gennem kanalen, muliggør ekstremt højpræcisionsmålinger af den elektriske strøm. Som beskrevet i den aktuelle publikation, denne metode blev anvendt på fotogenererede elektroner for første gang nogensinde.

I den eksperimentelle opsætning er det ikke solen, men derimod en laserstråle, der sparker elektronerne i deres ophidsede tilstand. Disse elektroner analyseres derefter ved hjælp af en kvantepunktskontakt. I processen, forskerne var i stand til for første gang at demonstrere, at fotogenererede elektroner kan flyde adskillige mikrometer, før de kolliderer med krystallinske atomer. De fastslog også, at den geometriske form af et kredsløb har en stærk indflydelse på elektronbaner. Elektroner kan endda "løbe rundt om hjørner", når de vender tilbage fra kredsløbsgrænser, ikke ulig billardkugler.

Den indsigt og de analytiske muligheder, der er muliggjort ved denne nye teknik, er relevante for en lang række applikationer. Disse omfatter, især, videreudvikling af elektroniske komponenter såsom fotodetektorer, transistorer med høj elektronmobilitet (HEMT), og komponenter, der udnytter elektronernes magnetiske spin til at behandle information.