تقویت اثر کشش کولمبی در مدارهای نانوالکترونیک با روش جدید محققان

به گزارش روز سه شنبه ستاد توسعه فناوری نانو، اثر کشش کولُمبی (Coulomb Drag Effect)، در نقطه‌های کوانتومی یکی از مسائل مورد توجه محققان فیزیک ماده چگال نظری و تجربی در چند سال اخیر بوده است. یکی از پژوهشگران کشورمان در تحقیقی روشی را برای تقویت و کنترل دقیق این اثر در مدارهای نانوالکترونیک ارائه کرد.

فرض کنید دو رسانا داشته باشیم که نزدیک یکدیگر هستند، اما هیچ اتصالی بین آن‌ها برقرار نباشد. با آزمایش‌های دقیق مشاهده شده اگر یک جریان الکتریکی از یکی از این رساناها عبور کند، در رسانای مجاور آن، اختلاف پتانسیل و یا جریان الکتریکی ضعیفی برقرار می‌شود که به این اثر، کشش کولُمبی (Coulomb Drag Effect) گفته می‌شود. علت اصلی این اثر، برهمکنش کولُمبی بین الکترون‌های این دو رسانای نزدیک یکدیگر است.

اثر کشش کولمبی بین نقطه‌های کوانتومی، با توجه به استفاده‌ فراوان از آنها در نانوالکترونیک، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در سال ۲۰۱۶، این اثر در سیستمی شامل دو نقطه‌ کوانتومی که به چهار الکترود فلزی متصل شده بود، مشاهده شد، اما در مسیر دستیابی به شرایط لازم برای مشاهده‌ این اثر، مشکلات مختلفی از جمله چگونگی مهندسی و ساخت بهینه‌ این ساختارها برای کنترل اثر کشش کولمبی کماکان مورد بحث و بررسی قرار داشت.

به طور نظری نشان داده شده است که برای مشاهده‌ اثر کشش کولُمبی در این ساختارها لازم است دو شرط برقرار باشد. اول اینکه احتمال تونل زنی الکترون‌ها بین نقطه کوانتومی و الکترودهای متصل به آن، وابسته به تعداد الکترون موجود روی نقطه کوانتومی باشد و شرط دیگر اینکه چگالی حالت‌های کوانتومی الکترودهای متصل به نقطه های کوانتومی هم باید وابسته به انرژی و با یکدیگر متفاوت باشند. این شرط آخر، مشاهده‌ این اثر در نقطه‌های کوانتومی را به مساله‌ای دشوار تبدیل کرده بود؛ چرا که مهندسی و تغییر چگالی حالت الکترودهای متصل به نقطه‌های کوانتومی در آزمایشگاه به سادگی ممکن نیست.

اخیرا، یک محقق فیزیک ماده چگال کشور با همکاری گروهی از محققان اسپانیایی، روشی را برای تقویت این اثر و کنترل کامل آن در مدارهای شامل نقطه‌های کوانتومی پیشنهاد کردند.

این کار تحقیقاتی از سوی دکتر سید مجتبی طباطبائی، فارغ‌التحصیل دکتری دانشگاه شهید بهشتی و پژوهشگر پسادکتری دانشگاه صنعتی شریف انجام شد و ایده‌ مطرح شده در این تحقیق بر این اصل ساده استوار است که چنانچه یکی از الکترودهای متصل به یکی از نقطه های کوانتومی، یک ابررسانا باشد، به طور خودکار تمامی شرط‌های لازم برای برقراری اثر کشش کولمبی در این سیستم برقرار خواهد شد.

نتایج این تحقیق در مجله معتبر Physical Review Letters که از نشریات گروه "ب" معرفی شده، توسط فدراسیون سرآمدان علمی کشور به چاپ رسیده است.