En rysk fysiker och hans internationella kollegor studerade en kvantpunktskontakt (QCP) mellan två ledare med externa oscillerande fält applicerade på kontakten. De fann att, för vissa typer av kontakter, en ökning av oscillationsfrekvensen över ett kritiskt värde minskade strömmen till noll – en lovande mekanism som kan hjälpa till att skapa nanoelektronikkomponenter. Denna forskning med stöd av Russian Science Foundation (RSF) publicerades i Fysisk granskning B tidning.

En ihållande trend inom modern elektronik, miniatyrisering har stimulerat efterfrågan på nya enheter i nanostorlek som har avancerad prestanda och utnyttjar kvanteffekter med elektroner som beter sig som partiklar och vågor på samma gång. Av särskild vikt är exakt styrning av laddningstransporten med hjälp av externa elektriska och magnetiska fält. Detta kan uppnås i en liten QPC jämförbar i storlek med en atom (flera ångström) och med bara ett fåtal elektronvåglängder som passar in. Sådana kontakter kan erhållas experimentellt genom att koppla två massiva elektroder med ett lager av tvådimensionell elektrongas, gas med partiklar som rör sig fritt i endast två riktningar, och sedan lägga spänning på plattorna. Ju högre spänning, ju större förbjudet område för elektronerna och desto smalare kontakt.

Författarna gjorde teoretisk forskning på två ledare förbundna med en QPC utsatta för externa oscillerande fält. Laddningsbärarna i ledarna antogs ha olika initialkoncentrationer. Vid låga oscillationsfrekvenser, strömmen vid kontakten tenderar att utjämna koncentrationerna. Dock, forskarna upptäckte att, för en viss typ av kontakter, strömmen sjunker till noll och koncentrationerna är aldrig lika vid frekvenser över det kritiska värdet. Detta ger talande bevis för en icke-jämviktsfasövergång - ett dynamiskt fenomen som står för den grundläggande skillnaden mellan systemegenskaperna under och över det kritiska värdet för en extern parameter, I detta fall, oscillationsfrekvens.

"Denna slående effekt illustreras bäst med ett enkelt exempel. Föreställ dig två kärl fyllda med vatten och deras bottnar förbundna med ett rör. Om vattennivåerna är olika, vatten kommer att fortsätta rinna från ett kärl till det andra tills dess nivåer är desamma i båda kärlen. Föreställ dig nu att vi skakar röret med en frekvens över något kritiskt värde. Vatten kommer att sluta rinna och kommer aldrig att balansera ut till samma nivå. Självklart, detta händer inte med vatten i verkligheten, men det händer med elektroner som strömmar genom en kvantkontakt som "skakas" av yttre elektriska och magnetiska fält, " förklarar Oleg Lychkovskiy, en Ph.D. i fysik och matematik och en senior forskare vid Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), Moskvas institut för fysik och teknik och (MIPT) och V.A. Steklov Mathematical Institute of RAS.

Denna forskning kan bana väg för nya elektroniska enheter i nanometerskala med ett brett utbud av potentiella tillämpningar. Elektroniska enheter och system baserade på kvanteffekter är en lovande forskningsväg, med tanke på att den ryska nanoelektronik- och fotonikmarknaden kan svälla till 20 miljarder rubel år 2027.