Изучен транспорт электронов в стыках квантовых проволок для вычислительных устройств будущего

Вторник, 18 августа 2020

Теоретики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ исследовали влияние тепловых колебаний кристаллов (фононов) на поведение электронов в квантовых проволоках. В этом случае может возникать конкуренция между взаимодействиями и изменение характера проводимости через квантовую проволоку, которая является перспективным кандидатом для использования в будущих вычислительных устройствах. Подробности работы опубликованы в журнале Physical Review B.

«Квантовые проволоки – одномерные объекты, это является максимальным ограничением для связи между другими элементами системы, - поясняет один из авторов работы научный сотрудник Отделения теоретической физики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Рамиль Ниязов. (к.ф.-м.н.). - В качестве таких проволок многообещающим является использование краевых состояний топологических изоляторов в режиме спинового квантового эффекта Холла, где электроны не испытывают рассеяния назад на примесях.  Стыки квантовых проволок могут сами по себя являться элементами электроники. Так, стык типа Т представляет собой геометрию транзистора с управляющим электродом, стоком и истоком».

На поведение электронов в квазиодномерных объектах значительным образом влияет их взаимодействие. Теоретические и экспериментальные исследования этого вопроса ведутся уже более 30 лет, но изучалось в основном влияние кулоновского взаимодействия. Например, для случая проволоки с примесью коэффициент прохождения (кондактанс) из-за кулоновского взаимодействия стремится к нулю при уменьшении температуры. Однако, если электрон-фононное взаимодействие достаточно велико, то кондактанс может начать стремиться к единице, то есть к идеальному прохождению.

«Мы показали, что этот процесс можно контролировать, изменяя коэффициент прохождения примеси фононами», - объясняет соавтор работы д.ф.-м.н., заместитель заведующего Отделения теоретической физики по науке Дмитрий Аристов. Это реализуется, например, в углеродных нанотрубках при их изгибе. Также была отмечена невозможность стандартного описания кондактансов с помощью лишь одного параметра Латтинжера по причине того, что фононы могут проходить через стык проволок. Это оказывается важным для экспериментов по туннельной микроскопии и позволяет объяснить ряд расхождений в интерпретации экспериментальных данных.

Отдельное внимание было уделено неравновесным эффектам в таких системах. Ключевой особенностью является наличие энергетического масштаба для фононов – энергии Дебая. Выше этой энергии они вклада не дают. Это приводит, например, к тому, что с уменьшением температуры поведение кондактанса становится значительно немонотонным.

Работа фундаментальная и ее авторы надеются, что она найдет продолжение в практическом эксперименте.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт