پمپ الکترونی با قابلیت پمپاژ تک‌الکترون

محققان آلمانی با استفاده از نانولوله‌های کربنی، موفق به ساخت نوعی از پمپ‌های الکترونی شدند که بتواند جریان الکترونی‌ای با تعداد مشخص الکترون تولید کند. پیش از این، گروه‌هایی برای این کار اقدام کرده‌اند؛ اما هیچ‌گاه نتوانستند که پمپی بسازند که بتواند چندین الکترون مشخص را پمپ کند.

محققان آلمانی با استفاده از نانولوله‌های کربنی، موفق به ساخت نوعی از پمپ‌های الکترونی شدند که بتواند جریان الکترونی‌ای با تعداد مشخص الکترون تولید کند. پیش از این، گروه‌هایی برای این کار اقدام کرده‌اند؛ اما هیچ‌گاه نتوانستند که پمپی بسازند که بتواند چندین الکترون مشخص را پمپ کند.
پمپ‌های الکترونی، دستگاه‌هایی هستند که در یک دور پمپاژ، مقدار مشخصی از الکترون را انتقال می‌دهند. علاوه ‌بر علاقه‌مندی فیزیک‌دان‌ها به تحقیق در این حوزه، امکان استفاده از پمپ‌های تک‌الکترونی به‌عنوان مبدل فرکانس به جریان در مترولوژی نیز وجود دارد.
هدف اصلی این است که بتوان با ایجاد یک استاندارد جریان مبتنی بر بار الکتریکی، اندازه‌گیری جریان را با دقت بالایی انجام داد. این دستگاه که ترانزیستور تک‌الکترون (SET) نام دارد، می‌تواند الکترون‌های عبوری را تا حد تک‌الکترون محدود کند؛ بنابراین از این دستگاه می‌توان در مولدهای کوانتایز جریان (که تنها یک یا چند الکترون تولید می‌کند) استفاده کرد.
این مفهوم در ساختارهای نیمه‌هادی و نانوذرات فلزی به دفعات استفاده شده‌است. در این پمپ‌های الکترونی یک مخزن الکترونی به نام جزیره، وجود دارد. جزیره به قدری کوچک است که کاهش یا افزایش یک الکترون در آن قابل ارزیابی است. محققان تصمیم گرفتند که با جایگزین کردن نانولوله‌های کربنی تک‌جداره به‌جای جزیره‌ها، ساختار پمپ‌های الکترونی را بهبود بخشند.
طی سالیان اخیر تلاش‌های بسیاری برای تولید جریان کوانتایزشده در نانولوله‌های کربنی، صورت گرفته‌است؛ اما بسیاری از این تلاش‌ها موفقیت‌آمیز نبوده؛ به‌خصوص زمانی که سعی شد تا بیش از یک الکترون تولید شود.
یک گروه تحقیقاتی در آلمان موفق شد تا با استفاده از نانولوله‌های کربنی جریان الکتریکی کوانتایز را تولید کنند. آنها ثابت کردند که می‌توان یک پمپ تک‌الکترونی ساخت که دارای نانولوله‌های کربنی تک‌جداره است. آنها همچنین نشان دادند که این دستگاه می‌تواند با دقت بالایی چندین الکترون تولید کند؛ کاری که پیش از این انجام نشده بود.
مشکل این دستگاه ایجاد صداست که ممکن است منشأ آن، آسیب‌های موجود در نانولوله‌های کربنی، و یا نامناسب بود تماس بین نانولوله و نیمه‌هادی باشد. این گروه مطمئن است که با چندین روش مختلف می‌توان این مشکل را حل کرد؛ برای مثال آسیب‌های روی نانولوله‌‌ها را کاهش داد و یا روی نانولوله‌ها یک لایه‌ی عایق کشید.
نتایج این تحقیق در نشریه‌ی Nano Letters به چاپ رسیده‌است.