(Phys.org) -- Er is niets erger dan een shonky pooltafel met een onzichtbare groef of hobbel die je schot uit de koers stuurt:een nieuwe studie heeft aangetoond dat hetzelfde geldt op nanoschaal, waar de "biljartballen" kleine elektronen zijn die over een "tafel" bewegen die is gemaakt van het halfgeleider galliumarsenide.

Deze kleine biljarttafels zijn van belang voor de ontwikkeling van toekomstige computertechnologieën. In een onderzoekspaper getiteld "The Impact of Small-Angle Scattering on Ballistic Transport in Quantum Dots", een internationaal team van natuurkundigen heeft aangetoond dat in dit spel van "halfgeleiderbiljart", kleine bultjes hebben een onverwacht groot effect op de banen die elektronen volgen.

Nog steeds beter, het team heeft een groot herontwerp bedacht waarmee deze hobbels kunnen worden gladgestreken. De studie, onder leiding van onderzoekers van de UNSW School of Physics, wordt gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Het team bestond uit collega's, van de Universiteit van Oregon (VS), Niels Bohr Institute (Denemarken) en Cambridge University (VK).

“Een miljoen keer kleiner gemaakt dan de lokale barvariëteit, deze microscopisch kleine pooltafels worden gekoeld tot net boven het absolute nulpunt om fundamentele wetenschap te bestuderen, bijvoorbeeld, hoe de klassieke chaostheorie werkt in de kwantummechanische limiet, evenals vragen met nuttige toepassing, zoals hoe de golfachtige aard van het elektron de werking van transistors beïnvloedt, ', zegt teamlid universitair hoofddocent Adam Micolich. “Door dit te doen, onzuiverheden en defecten in de halfgeleider vormen een serieuze uitdaging.”

Ultraschone materialen worden gebruikt om onzuiverheden te elimineren die terugverstrooiing veroorzaken (vergelijkbaar met het achterlaten van een glas op de biljarttafel), maar tot nu toe was er geen manier om de geïoniseerde siliciumatomen die de elektronen leveren te vermijden.

“Hun elektrostatische effect is subtieler, in wezen het oppervlak van de tafel kromtrekken ", legt Micolich uit.

Eerdere studies gingen ervan uit dat deze kromming verwaarloosbaar was, waarbij de elektronenbanen alleen worden bepaald door de vorm van de biljarttafel (bijv. vierkant, circulaire, stadionvormig).

“We ontdekten dat we het kromtrekken kunnen ‘herconfigureren’ door de tafel op te warmen en weer af te koelen, waarbij de elektronenpaden radicaal veranderen als reactie, ', zegt professor Richard Taylor van de Universiteit van Oregon. "Dit toont aan dat het kromtrekken veel belangrijker is dan verwacht."

Met behulp van een nieuw biljartontwerp ontwikkeld tijdens promotiewerk bij UNSW door hoofdauteur Dr. Andrew See, de siliciumdoteermiddelen worden verwijderd, het elimineren van de bijbehorende kromming, en het mogelijk maken dat de elektronenpaden hetzelfde blijven elke keer dat ze het apparaat afkoelen voor studie.

“Deze ongedoteerde biljarttoestellen wijzen de siliciumdoteermiddelen aan als de oorzaak van het kromtrekken. Het niveau van verbetering dat werd verkregen door het verwijderen van het silicium was onverwacht, eerder werk aan veel grotere apparaten suggereerde dat we dit niveau van verbetering niet zouden zien.

Maar op nanoschaal de doteringsatomen maken echt een heel groot verschil, zegt Micolich, “Uiteindelijk, ons werk biedt belangrijk inzicht in hoe we betere elektronische apparaten op nanoschaal kunnen maken, waar de eigenschappen zowel voorspelbaarder zijn, en consistenter elke keer dat we ze gebruiken.”