Du kan ikke spille nano-billard på et ujævnt bord

(Phys.org)-Der er ikke noget værre end et slemt poolbord med en uset rille eller bump, der sender dit skud ud af kurs:en ny undersøgelse har fundet ud af, at det samme gælder på nano-skalaen, hvor "billardkuglerne" er små elektroner, der bevæger sig hen over et "bord" lavet af halvlederen galliumarsenid.

Disse små billardborde er af interesse for udviklingen af ​​fremtidige computingsteknologier. I en forskningsartikel med titlen "The Impact of Small-Angle Scattering on Ballistic Transport in Quantum Dots", et internationalt team af fysikere har vist, at i dette spil "halvleder -billard", små bump har en uventet stor effekt på de veje, elektroner følger.

Endnu bedre, holdet er kommet med et stort redesign, der gør det muligt at stryge disse bump. Studiet, ledet af forskere fra UNSW School of Physics, er offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Teamet omfattede kolleger, fra University of Oregon (USA), Niels Bohr Institute (Danmark) og Cambridge University (UK).

“Skaleret ned en million gange fra den lokale bar, disse mikroskopiske poolborde afkøles til lige over det absolutte nul for at studere fundamental videnskab, for eksempel, hvordan klassisk kaosteori fungerer i den kvantemekaniske grænse, samt spørgsmål med nyttig applikation, såsom hvordan elektronens bølgelignende karakter påvirker hvordan transistorer fungerer, ”Siger teammedlem lektor Adam Micolich. "Ved at gøre dette, urenheder og defekter i halvlederen udgør en alvorlig udfordring. ”

Ultra-rene materialer bruges til at fjerne urenheder, der forårsager tilbagespredning (svarende til at efterlade et glas på billardbordet), men indtil nu har det ikke været muligt at undgå de ioniserede siliciumatomer, der forsyner elektronerne.

”Deres elektrostatiske effekt er mere subtil, hovedsageligt forvrænger bordets overflade. ”forklarer Micolich.

Tidligere undersøgelser antog, at denne vridning var ubetydelig, med elektronbanerne kun bestemt af billardbordets form (f.eks. firkantet, cirkulær, stadionformet).

"Vi fandt ud af, at vi kan 'omkonfigurere' skævheden ved at varme bordet op og afkøle det igen, med elektronbanerne ændret radikalt som reaktion, ”Siger professor Richard Taylor fra University of Oregon. "Dette viser, at vridningen er meget vigtigere end forventet."

Ved hjælp af et nyt billarddesign udviklet under ph.d. -arbejde på UNSW af hovedforfatter Dr. Andrew See, siliciumdopanterne fjernes, eliminering af den tilhørende vridning, og gør det muligt for elektronstierne at forblive de samme, hver gang de køler enheden ned til undersøgelse.

“Disse udopede billardanordninger identificerer siliciumdopanterne som årsagen til vridningen. Forbedringsniveauet opnået ved fjernelse af silicium var uventet, tidligere arbejde på meget større enheder foreslog, at vi ikke ville se dette forbedringsniveau.

Men på nanoskala, dopingatomerne gør virkelig en rigtig stor forskel, siger Micolich, "I sidste ende, vores arbejde giver vigtig indsigt i, hvordan man laver bedre nanoskala elektroniske enheder, dem, hvor egenskaberne begge er mere forudsigelige, og mere konsekvent hver gang vi bruger dem. ”