Teknik gør det muligt at måle de iboende egenskaber ved quantum dot transistorer

Transistorer er en af ​​de vigtigste enheder inden for elektronik og ligger i hjertet af moderne computing. Den progressive miniaturisering af transistorer nærmer sig hurtigt atomskalaen, hvor selv den mindste ufuldkommenhed kan have en betydelig effekt på ydeevnen. Keiji Ono og kolleger fra RIKEN lavtemperaturfysiklaboratorium har nu udviklet en metode til måling af de operationelle egenskaber ved enkelt-atom "quantum dot" -transistorer uden påvirkning af omgivende ufuldkommenheder.

Når et rent materiale implanteres med isolerede atomer af et andet element, urenhedsatomet kan opføre sig som en kvantepunkt, med egenskaber, der er ganske forskellige fra dens værtsmatrix. Quantum dots kan danne grundlag for transistordrift - til- eller frakobling af et output, afhængigt af tilstanden for et input - og kan lette transporten af ​​elektroner gennem transistoren, selv når elektrontransport gennem det omgivende materiale, normalt silicium, er spærret. I denne konfiguration, mens alle elektroner passerer gennem kvantepunktet, de kan kun gøre det én ad gangen. Dette gør de kvantefysiske egenskaber af kvantepunkterne dominerende i transistorens drift, producerer en karakteristisk diamantform i det målte strøm -spændingsforhold.

Enkelt-elektron transport gennem transistoren, imidlertid, er meget følsom over for eksterne forstyrrelser. Urenheder i andre dele af transistoren kan forårsage omstrejfende elektriske felter, der fungerer som kvantepunkter og dermed påvirke transistorens elektriske adfærd og diamantformens udseende i de elektriske kurver.

For at imødegå sådanne effekter, Ono og hans kolleger udviklede en måleteknik, der giver dem mulighed for at kvantificere virkningerne af disse 'omstrejfende' kvantepunkter, så de sande egenskaber ved hovedkvantumpunktet kan isoleres. Metoden er baseret på målinger af transistorens ydeevne ved forskellige elektriske spændinger, som analyseres ved hjælp af en elektrontransportmodel, der inkorporerer de elektriske effekter af omstrejfende kvantepunkter. Blandt mange anvendelser, denne information hjælper forskere med at forstå, hvilke spændinger der skal påføres transistorer for at optimere enkeltelektrontransportregimet.

Selvom kvanteegenskaberne ved elektrontransport gennem kvantepunktstransistorer kun forekommer ved lave temperaturer, forståelse af de involverede processer er også vigtig for optimering af regelmæssige transistorer ved stuetemperatur, som vides at være påvirket af tilstedeværelsen af ​​enkelte defekter i transistorkanalen, siger Ono. "Vi ved ret meget om kvantepunkter. At anvende quantum dot -fysik på kommercielle transistorer er udfordrende, men kan have meget nyttige konsekvenser."