Een Russische natuurkundige en zijn internationale collega's bestudeerden een kwantumpuntcontact (QCP) tussen twee geleiders met externe oscillerende velden toegepast op het contact. Ze vonden dat, voor sommige soorten contacten, een toename van de oscillatiefrequentie boven een kritische waarde verminderde de stroom tot nul - een veelbelovend mechanisme dat kan helpen bij het maken van nano-elektronicacomponenten. Dit onderzoek ondersteund door de Russian Science Foundation (RSF) werd gepubliceerd in de Fysieke beoordeling B logboek.

Een aanhoudende trend in de moderne elektronica, miniaturisatie heeft de vraag aangewakkerd naar nieuwe apparaten van nanoformaat die geavanceerde prestaties bieden en gebruikmaken van kwantumeffecten waarbij elektronen zich tegelijkertijd gedragen als deeltjes en golven. Van bijzonder belang is een nauwkeurige regeling van het ladingstransport door middel van externe elektrische en magnetische velden. Dit kan worden bereikt in een kleine QPC die qua grootte vergelijkbaar is met een atoom (enkele angstroms) en met slechts enkele elektronengolflengten die erin passen. Dergelijke contacten kunnen experimenteel worden verkregen door twee massieve elektroden te verbinden met een laag tweedimensionaal elektronengas, d.w.z. gas met deeltjes die zich slechts in twee richtingen vrij bewegen, en zet vervolgens spanning op de platen. Hoe hoger de spanning, hoe groter het verboden gebied voor de elektronen en hoe smaller het contact.

De auteurs hebben theoretisch onderzoek gedaan naar twee geleiders die verbonden zijn door een QPC die onderhevig is aan externe oscillerende velden. De ladingsdragers in de geleiders werden verondersteld verschillende beginconcentraties te hebben. Bij lage oscillatiefrequenties, de stroom bij het contact heeft de neiging om de concentraties gelijk te maken. Echter, ontdekten de wetenschappers dat voor een bepaald type contacten, de stroom zakt naar nul en de concentraties zijn nooit gelijk bij frequenties boven de kritische waarde. Dit levert sprekend bewijs van een faseovergang zonder evenwicht - een dynamisch fenomeen dat het fundamentele verschil verklaart tussen de systeemeigenschappen onder en boven de kritische waarde van een externe parameter, in dit geval, oscillatie frequentie.

"Dit opvallende effect wordt het best geïllustreerd door een eenvoudig voorbeeld. Stel je twee vaten voor die gevuld zijn met water en hun bodems verbonden door een buis. Als de waterstanden verschillend zijn, water blijft van het ene vat naar het andere stromen totdat het niveau in beide vaten hetzelfde is. Stel je nu voor dat we de buis schudden met een frequentie boven een kritische waarde. Water stopt met stromen en zal nooit op hetzelfde niveau uitkomen. Natuurlijk, dit gebeurt niet met water in het echte leven, maar het gebeurt wel met elektronen die door een kwantumcontact stromen, "geschud" door externe elektrische en magnetische velden, " legt Oleg Lychkovskiy uit, een doctoraat in natuurkunde en wiskunde en een senior onderzoeker aan het Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), Moskou Instituut voor Natuurkunde en Technologie en (MIPT) en V.A. Steklov Mathematisch Instituut van RAS.

Dit onderzoek kan de weg vrijmaken voor nieuwe elektronische apparaten op nanometerschaal met een breed scala aan potentiële toepassingen. Elektronische apparaten en systemen op basis van kwantumeffecten zijn een veelbelovende onderzoekspiste, overwegende dat de Russische markt voor nano-elektronica en fotonica tegen 2027 kan oplopen tot 20 miljard roebel.