Кулоновская блокада
В мезоскопической физике кулоновская блокада ( CB ) , названная в честь электрической силы Шарля-Огюстена де Кулона , представляет собой уменьшение электрической проводимости при малых напряжениях смещения небольшого электронного устройства, содержащего по крайней мере один туннельный переход с малой емкостью . [1] Из-за CB проводимость устройства может не быть постоянной при низких напряжениях смещения, но исчезать при смещениях ниже определенного порога, т.е. ток не течет.
Кулоновскую блокаду можно наблюдать, сделав устройство очень маленьким, например, квантовую точку . Когда устройство достаточно маленькое, электроны внутри устройства будут создавать сильное кулоновское отталкивание , препятствующее прохождению других электронов. Таким образом, устройство больше не будет подчиняться закону Ома, а вольтамперная зависимость кулоновской блокады выглядит как лестница. [2]
Несмотря на то, что кулоновская блокада может быть использована для демонстрации квантования электрического заряда , она остается классическим эффектом и для ее основного описания не требуется квантовая механика . Однако, когда задействовано мало электронов и применяется внешнее статическое магнитное поле , кулоновская блокада обеспечивает основу для спиновой блокады (например, спиновой блокады Паули) и блокады долины [3] , которые включают квантово-механические эффекты из-за спиновых и орбитальных взаимодействий соответственно. между электронами.
Устройства могут содержать металлические или сверхпроводящие электроды . Если электроды сверхпроводящие, куперовские пары (с зарядом минус два элементарных заряда ) несут ток. В случае, когда электроды металлические или нормально проводящие , то есть не сверхпроводящие и не полупроводниковые , электроны (с зарядом ) переносят ток.
Следующий раздел посвящен случаю туннельных переходов с изолирующим барьером между двумя нормально проводящими электродами (NIN-переходы).
Туннельный переход в своей простейшей форме представляет собой тонкий изолирующий барьер между двумя проводящими электродами. Согласно законам классической электродинамики , ток не может протекать через изолирующий барьер. Однако согласно законам квантовой механики существует ненулевая (больше нуля) вероятность того , что электрон на одной стороне барьера достигнет другой стороны (см. квантовое туннелирование ). При подаче напряжения смещения это означает, что будет ток, и, пренебрегая дополнительными эффектами, туннельный ток будет пропорционален напряжению смещения. В электрических терминах туннельный переход ведет себя как резистор .с постоянным сопротивлением, также известный как омический резистор . Сопротивление экспоненциально зависит от толщины барьера. Обычно толщина барьера составляет от одного до нескольких нанометров .
