شمارش الکترون‌ها با استفاده از نقاط کوانتومی

دانشمندان سوئیسی به‌وسیله شمارش تک الکترون‌های تونل‌زننده در میان نانوسیمی متشکل از ذرات کوانتمی ایندیم آرسناید، موفق به اندازه‌گیری جریان شدند. نتایج به دست‌آمده هم‌خوانی خوبی با جریانی دارد که از طریق روش‌های مرسوم به دست آمده‌است و راه جدیدی را برای تشخیص تک بار الکتریکی گشوده‌است تا در مترولوژی استانداردی جدید برای جریان الکتریکی تعریف شود.

دانشمندان سوئیسی به‌وسیله شمارش تک الکترون‌های تونل‌زننده در میان نانوسیمی
متشکل از ذرات کوانتمی ایندیم آرسناید، موفق به اندازه‌گیری جریان شدند. نتایج
به دست‌آمده هم‌خوانی خوبی با جریانی دارد که از طریق روش‌های مرسوم به دست
آمده‌است و راه جدیدی را برای تشخیص تک بار الکتریکی گشوده‌است تا در مترولوژی
استانداردی جدید برای جریان الکتریکی تعریف شود.

سیمون گوستاوسن از ETH زوریخ و همکارانش، از یک آشکارساز بار الکتریکی برای
شمارش الکترون‌هایی که با تونل‌زنی از نانوسیم کوانتوم ذرات(QDs) اینیدیم
آرسناید دارد و خارج می‌شوند، استفاده می‌کنند. پهنای باند آشکارسازی برای
عملکرد در ناحیه‌ای که ما بتوانیم همزمان جریان کوانتم ذرات را با یک جریان‌سنج
معمولی اندازه‌گیری کنیم، بزرگ است.

گوستاوسون می‌گوید « با استفاده از این روش این امکان فراهم شده‌است که بین دو
روش، یک اندازه‌گیری مقایسه‌ای داشته باشیم و نشان ‌دهیم که یک آشکارساز روی
تراشه می‌تواند به‌عنوان یک جریان‌سنج بسیار حساس عمل کند».

شمارش الکترون‌ها

تک‌الکترون‌ها را می‌توان با قرار دادن نقطه تماس کوانتمی(QPC) در نزدیکی نقاط
کوانتمی شمارش کرد. رسانایی این نقاط تماس کوانتمی به‌شدّت نسبت به تغییرات
الکترواستاتیکی محیط خود حساس است. ورود یک الکترون به نقطه کوانتمی(QD)، منجر
به افت رسانایی نقطه تماس کوانتمی(QPC) می‌شود و زمانی که الکترون از این نقطه
خارج می‌شود، رسانایی نقاط تماس افزایش می‌یابد.

بنابراین با کنترل مداوم رسانایی و اندازه‌گیری آن در هر زمان می‌توانیم تونل‌زنی
تک الکترونی را تشخیص دهیم. جریان اندازه‌گیری‌شده از طریق این روش دارای دقت
بسیار خوبی است و خطای این روش از روش‌های مرسوم به مراتب پایین‌تر است. دلیل
این امر را می‌توان به پهنای باند محدود آشکارسازهای مرسوم نسبت داد که باعث می‌شود
بعضی از رویدادهای تونل‌زنی سریع الکترون را از دست بدهد. آشکارساز جدید قادر
به ثبت که رویدادهایی در مقیاس زمانی‌ای در حدود ۴۰ میکروثانیه است؛ این امر
اجازه آشکارسازی جریان نقطه کوانتومی را تا حداکثر چند فیمتوآمپر به آن می‌دهد.

این مسئله بیانگر آن است که روش‌های قدیمی و مرسوم برای اندازه‌گیری جریان‌های
بالای میکروآمپر مناسب هستند و برای جریان‌های پایین‌تر(در حدود فیمتوآمپر و
پایین‌تر) یا مواقعی که روش‌های مرسوم امکان‌پذیر نیست، روش جدید شمارش بسیار
دقیق‌تر و سریع‌تر است.

با افزایش پهنای باند آشکارساز، روش دقیقی برای اندازه‌گیری جریان‌های بسیار
کوچک فراهم می‌آید و مشکل از دست دادن رویدادهای الکترونی سریع را نیز می‌توان
با وابسته کردن هر چه بیشتر جریان نقطه کوانتومی(مثلاً‌ قرار دادن نقاط کوانتمی
مختلف به‌صورت سری) به حداقل رساند.

گوستاوسون افزود که هدف والاتر برای استفاده از روش تشخیص تک الکترون در تعریف
یک استاندارد جدید برای جریان الکتریکی است. این گروه هم‌اکنون در حال کار بر
روی جا دادن QPC در یک مدار فرکانس رادیویی است که در این مورد قطعه به‌صورت یک
ترانزیستور فرکانس رادیویی عمل می‌کند. این امر پهنای باند آشکارساز را تا
چندین مرتبه افزایش می‌دهد، همچنین گروه برنامه‌ای هم برای استفاده از این
تکنیک در بررسی حرکت اسپین تک‌الکترون در نانوسیم QD دارد.