Ученые изобрели новый квантовый переключатель для электроники

Работа опубликована в журнале Physical Review B при поддержке Российского научного фонда. Отмечается, что сейчас в тренде миниатюризация устройств с расширением их функций. Работа таких электронных приборов строится на квантовых эффектах. Электроны проявляют и свойства частиц, и свойства волн, в связи с чем возникают явления переноса заряда, которые очень чувствительны к внешним воздействиям.

Большой интерес представляют квантовые точечные контакты — ширина контакта настолько мала, что в ней укладывается лишь несколько длин волн электронов. Подобные контакты можно получить, если соединить два массивных электрода слоем двумерного электронного газа, а затем подвести пластины затвора, на который далее подается потенциал. Чем сильнее поданное напряжение, тем больше запрещенная для движения электронов область и контакт.

Авторы работы исследовали два проводника, соединенные квантовым контактом, к которому приложены внешние осциллирующие поля, в теории. Начальные концентрации носителей заряда в проводниках различались. При низкой частоте осцилляций через контакт течет ток, стремящийся выровнять концентрации. Однако оказалось, что для определенного типа контактов при частотах выше критической ток обнуляется, и концентрации никогда не становятся равными. Это является проявлением неравновесного фазового перехода.

«Для того чтобы оценить необычность этого эффекта, можно провести такую аналогию. Представим себе два сосуда с водой, днища которых соединены трубкой. Если уровень воды в сосудах изначально разный, через трубку будет течь вода до тех пор, пока уровни не выровняются. Теперь представим, что мы начинаем трясти трубку и, если частота тряски превышает критическую, вода перестает течь, и разница уровней в сосуде остается не выровненной», — пояснил кандидат физико-математических наук Олег Лычковский.

Выявленный эффект может стать основой для создания новых электронных наноэлементов, которые могут широко использоваться в технике.