Электроны выстаиваются в очередь.

Модератор: mike@in-russia

Ответить
Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Электроны выстаиваются в очередь.

Номер сообщения:#1   morozov » Пт апр 27, 2007 23:49

Новости науки
27.04.05. Электроны выстаиваются в очередь.

Давно известно, что электрический ток переносится отдельными электрическими зарядами. Однако на практике в подавляющем большинстве случаев при измерении тока дискретность не играет особенной роли. Недавно наблюдать последовательное коррелированное движение электронов удалось шведским ученым.

Изображение

Работа шведским ученых основана на специфических свойствах поведения электронов в низкоразмерных системах, а именно ? на кулоновском отталкивании электронов друг от друга. В то время как кулоновское взаимодействие практически не влияет на величину тока в обычном металлическом проводнике с макроскопическими размерами, оно играет определяющую роль в проводимости одномерных наноструктур. Теоретически показано, что при достаточно малой концентрации электронов кулоновское взаимодействие подавляет квантово-механические флуктуации, в результате чего электроны формируют вигнеровский кристалл, располагаясь строго периодически. При инжекции электрического тока I весь этот кристалл должен смещаться "пошагово", как единое целое, с частотой f = I / |e|, где e ? заряд электрона. Простейшей структурой, которую можно предложить для демонстрации одноэлектронных осцилляций, является узкий полупроводниковый "канал" конечной длины (рис. 1a). Однако на практике такой эксперимент реализовать очень сложно, поскольку при малой концентрации электронов межэлектронные корреляции разрушаются примесями, а при большой ? квантовыми флуктуациями. Найти оптимум до сих пор никому не удавалось.

По другому пути пошли шведские ученые, исследовавшие прохождение тока через одномерную цепочку туннельных контактов ? металлических островков, разделенных тонкими диэлектрическими прослойками (рис. 1b). Электрическая емкость островков очень мала из-за их наноскопических размеров. Поэтому, когда на островок попадает хотя бы один электрон, потенциал островка скачком увеличивается, препятствуя перескокам (туннелированию) других электронов на этот островок. Если через цепочку контактов протекает небольшой средний ток I (от 5 фА до 1 пА в описываемых экспериментах), то процессы туннелирования электронов оказываются разделенными во времени и возникают одноэлектронные осцилляции. Шведские исследователи использовали цепочка из 50 сверхпроводниковых туннельных контактов с емкостью 0.42 фФ каждый. Эксперимент проводили при температуре 30 мК и в магнитном поле 0.475 Тл. При такой величине поля сверхпроводимость еще не подавлена, но пороговое напряжение для инжекции отдельных электронов меньше, чем для куперовских пар , поэтому процессы одноэлектронного туннелирования являются определяющими. На рис. 2a приведены результаты измерения заряда на одном из островков, полученные в режиме реального времени. Каждый пик соответствует туннелированию на этот островок одного электрона. Соответствующая спектральная плотность имеет максимум при f = I / |e|. С ростом температуры этот максимум расплывается, но все же выживает вплоть до 300 мК.

Изображение

Рис. 2. a - подсчет электронов в режиме реального времени при различной величине силы среднего тока I через цепочку туннельных контактов; b - соответствующая спектральная плотность.

Эффект одноэлектронных осцилляций при переносе заряда может быть использован как очень удобный метод измерения малых токов с высокой точностью (помимо измеряемой частоты в формулу входит только заряд электрона). Было бы также очень интересно изучить динамику отдельных куперовских пар в цепочке туннельных контактов - это может пригодиться при конструировании сверхпроводниковых устройств для обработки квантовой информации.

Источник информации - заметка в бюллетене ПерсТ, выпуск 08 за 2005г
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Общая физика, химфизика, биофизика / General Physics, Chemical Physics, Biological Physics»