ساخت نانوپمپ سیلیکونی برای تعریف دقیق واحد آمپر

توسعه فناوری نانوابزارهای سیلیکونی موجب تسریع فرکانس پمپ الکترون منفرد به بیش از یک گیگاهرتز شده است که این کار با دقتی بالاتر از یک ppm قابل انجام است. این کار توسط محققان آزمایشگاه ملی فیزیک (NPL) و با استفاده از سامانه اندازه‌گیری جریان الکتریکی کم و دقیق انجام شده است.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Applied Physics Letters منتشر شده است.
پمپ‌های الکترونی منفرد ادوات الکترونیکی کوچکی هستند که قادر به تولید جریان الکتریکی با حرکت الکترون‌های منفرد هستند. این ادوات را می‌توان به عنوان ابزارهای استاندارد برای واحد اندازه‌گیری جریان در سیستم SI استفاده کرد.
filereader.php?p1=main_a780e798c1256020d
دو بخش ضروری برای تولید پمپ‌های الکترونی منفرد، سرعت و دقت است. از آنجایی که بار الکتریکی هر الکترون بسیار کوچک است، تعداد زیادی الکترون برای پمپ کردن نیاز است تا در نهایت بتوان جریان الکتریکی ایجاد کرد. از سوی دیگر باید بتوان مقدار دقیق الکترون‌های پمپ شده را نیز تعیین کرد. دشواری‌های موجود در این مسیر موجب شده تا این ادوات با دقت بسیار کم کار کنند. یک راه برای غلبه براین مشکل آن است که ابزاری کوچک برای این کار تولید کرد تا بتوان کوچکترین نوسانات را نیز اندازه‌گیری کند.
این گروه تحقیقاتی موفق به ساخت ابزاری شدند که در آن از سیم سیلیکون 10 نانومتری استفاده شده است. این ابزار به گونه‌ای طراحی شده که می‌تواند در فرکانس‌های بالاتر از یک گیگاهرتز کار کند. پمپ‌های فعلی که با استفاده از آرسنید گالیم ساخته شده‌اند نمی‌توانند در این فرکانس بدون از دست دادن دقت کار کنند.
محققان آزمایش‌های مختلفی روی این پمپ جدید انجام دادند و نشان دادند که می‌توان در فرکانس یک گیگاهرتز با دقت یک ppm از این پمپ استفاده کرد. این گروه نشان دادند حتی اگر فرکانس به 2 گیگاهرتز برسد باز هم دقت در حد 3 ppm خواهد بود.
سازمان‌های ملی مترولوژی در سراسر جهان قصد دارند تا در سال 2018 تعریف مجددی روی چهار واحد از 7 واحد SI داشته باشند که این ابزار می‌تواند به آنها کمک کند.