عبور کنترل شده جریان با استفاده از نقاط کوانتومی

یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه کمبریج موفق به ارائه روشی برای تولید جریان الکتریسیته با استفاده از نانوادوات شده است. جریان الکتریکی در نتیجه حرکت الکترون‌ها ایجاد می‌شود این گروه یک پمپ الکترونی ساختند که می‌تواند این الکترون‌ها را دانه به دانه برداشته و از سدی عبور دهد. با این کار می‌توان جریان الکتریکی بسیار دقیقی ایجاد کرد.

یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه کمبریج موفق
به ارائه روشی برای تولید جریان الکتریسیته با استفاده از نانوادوات شده
است. جریان الکتریکی در نتیجه حرکت الکترون‌ها ایجاد می‌شود این گروه یک
پمپ الکترونی ساختند که می‌تواند این الکترون‌ها را دانه به دانه برداشته و
از سدی عبور دهد. با این کار می‌توان جریان الکتریکی بسیار دقیقی ایجاد
کرد.

دستگاهی که این گروه تحقیقاتی ساخته‌اند می‌تواند الکترون‌ها را تک تک با
سرعت بسیار بالایی عبور دهد. با این کار می‌توان تعریف رایج جریان
الکتریکی، آمپر، را تغییر داد این تعریف بر اساس نیروی مکانیکی در سیم‌های
حمل کننده جریان ارائه شده است.

 

 
 
نتایج مثبت این پروژه زمانی به‌دست آمد که
محققان از ساختاری استفاده کردند که می‌توانست به‌صورت کنترل شده
الکترون‌ها را به‌دام انداخته و رها کند. زمانی که الکترون‌ها به‌دام
افتاده‌اند ولتاژ به آرامی افزایش داده می‌شود، اگر لازم باشد الکترون‌ها
رها می‌شوند و با سرعت بیشتری ولتاژ افزایش داده می‌شود. با این روش
می‌توان سرعت پمپ کردن را افزایش داد بدون این که در دقت کار مشکلی ایجاد
شود.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از این روش موفق شدند یک میلیارد الکترون را
در مدت یک ثانیه پمپ کنند که سیصد مرتبه سریع‌تر از رکورد قبلی پمپ الکترون
با دقت بالا است، این رکورد در سال ۱۹۹۶ توسط محققان NIST انجام شده است.
صد و پنجاه پیکوآمپر رقم کوچکی محسوب می‌شود، این گروه تحقیقاتی موفق شدند
این مقدار جریان را با دقت یک در میلیون اندازه‌گیری کنند که این موضوع
نشان دهنده دقت این پمپ در این سطح است. از نتایج این پروژه می‌توان برای
تعریف جدید آمپر استفاده کرد.

این گروه تحقیقاتی نتایج کار خود را در نشریه
Nature Communications به چاپ
رساندند. در این مقاله آنها نشان دادند که از نقاط کوانتومی به‌عنوان پمپ
الکترون استفاده کردند. نقاط کوانتومی دام‌های الکترواستاتیکی با ابعاد
کمتر از یک ده‌هزارم میلی‌متر هستند. برای کنترل شکل نقاط کوانتومی، از
طریق الکترودی به آنها ولتاژ اعمال کردند.

این نقاط با استفاده از الکترون پر می‌شوند سپس انرژی سیستم افزایش
می‌یابد. با استفاده از فرآیندی موسوم به تونل‌زنی برعکس، همه الکترون‌ها،
به جز یکی، از نقطه کوانتومی خارج شده و به منبع برمی‌گردد. در نتیجه تنها
یک الکترون در نقطه باقی‌ می‌ماند. با کج کردن نقطه کوانتومی، این الکترون
از آن خارج می‌شود. اگر این کار با سرعت انجام شود، آنگاه جریان الکتریکی
ایجاد می‌شود.