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एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर (SET)

1986
  • Dmitri Averin
  • Konstantin Likharev
Single-Electron Transistor device with quantum dot and tunnel junctions in electronics research.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

एक एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर (SET) is a switching device that uses controlled electron tunneling to manipulate the flow of single electrons. It consists of a quantum dot (the ‘island’) coupled to source and drain leads via tunnel junctions, and capacitively coupled to a gate electrode. Its operation relies on the कूलम्ब blockade effect, enabling extreme sensitivity and low power consumption.

The Single-Electron ट्रांजिस्टर (SET) operates based on a quantum mechanical effect called the Coulomb blockade. This effect occurs in a very small conductive island (a quantum dot) connected to source and drain electrodes through two tunnel junctions. For an electron to tunnel onto the island, it must overcome the electrostatic repulsion from the electrons already present. This requires a charging energy, [latex]E_C = e^2 / (2C)[/latex], where [latex]e[/latex] is the elementary charge and [latex]C[/latex] is the total capacitance of the island. For the Coulomb blockade to be observable, this charging energy must be significantly larger than the thermal energy, [latex]k_B T[/latex], which necessitates क्रायोजेनिक तापमान और/या अत्यंत कम द्वीप धारिता (fF या aF)।

गेट इलेक्ट्रोड कैपेसिटिव रूप से आइलैंड से जुड़ा होता है। गेट पर वोल्टेज Vg लगाने से आइलैंड के इलेक्ट्रोस्टैटिक पोटेंशियल को सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है। इस गेट वोल्टेज को कूलम्ब अवरोध को दूर करने के लिए समायोजित किया जा सकता है, जिससे एक इलेक्ट्रॉन स्रोत से आइलैंड पर और फिर आइलैंड से ड्रेन तक टनल कर सकता है। यह प्रक्रिया एक-एक इलेक्ट्रॉन करके दोहराई जा सकती है। इस प्रकार, SET से प्रवाहित होने वाली धारा गेट वोल्टेज के फलन के रूप में तीव्र शिखर (कूलम्ब दोलन) प्रदर्शित करती है, जिसमें प्रत्येक शिखर आइलैंड में एक इलेक्ट्रॉन के जुड़ने को दर्शाता है। यह SET को एक अत्यंत संवेदनशील इलेक्ट्रोमीटर बनाता है, जो प्राथमिक आवेश के अंशों का पता लगाने में सक्षम है।

क्वांटम डॉट्स (SETs) अद्वितीय संवेदनशीलता और अति-निम्न विद्युत तर्क क्षमता प्रदान करते हैं, लेकिन बड़े पैमाने के परिपथों में इनका व्यावहारिक अनुप्रयोग कई चुनौतियों से बाधित है। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए अत्यंत कम तापमान की आवश्यकता एक बड़ी बाधा है। इसके अलावा, इनका प्रदर्शन आसपास के सबस्ट्रेट में यादृच्छिक पृष्ठभूमि आवेशों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है, जो गेट वोल्टेज विशेषताओं को अप्रत्याशित रूप से बदल सकता है। उच्च उपज के साथ समान SETs की बड़ी श्रृंखलाओं का निर्माण भी अत्यंत कठिन है। इन बाधाओं के बावजूद, ये मौलिक भौतिकी अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण उपकरण बने हुए हैं और क्वांटम सूचना प्रसंस्करण जैसे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए सक्रिय रूप से खोजे जा रहे हैं, जहां एक क्वांटम डॉट की आवेश अवस्था एक क्यूबिट का प्रतिनिधित्व कर सकती है।

UNESCO Nomenclature: 2205
– इलेक्ट्रॉनिक्स

Type

भौतिक उपकरण

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

विशिष्ट/विशेषज्ञ

शगुन

  • इलेक्ट्रॉन की खोज
  • क्वांटम टनलिंग की अवधारणा
  • फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी) का आविष्कार
  • क्वांटम डॉट्स का विकास
  • theory of coulomb blockade

आवेदन

  • अत्यधिक संवेदनशील इलेक्ट्रोमीटर
  • एकल-फोटॉन डिटेक्टर
  • क्वांटम कंप्यूटिंग (क्विबिट्स) में अनुसंधान
  • निम्न-तापमान भौतिकी प्रयोग
  • विद्युत धारा के लिए मापन मानक

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • neuromorphic chips where SETs mimic synaptic ion channels
  • गहरे अंतरिक्ष यानों के लिए अति-निम्न-शक्ति प्रोसेसर
  • चिप पर लगे कैलोरीमीटर जो एकल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा को मापते हैं
  • एकल फोटॉनों के प्रति संवेदनशील क्वांटम एंटेना
  • स्टोकेस्टिक कंप्यूटिंग के लिए संभाव्य इलेक्ट्रॉन टनलिंग पर काम करने वाले लॉजिक सर्किट
  • माप विज्ञान के लिए स्व-कैलिब्रेटिंग चार्ज सेंसर
  • सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स को पढ़ने के लिए क्रायोजेनिक एम्पलीफायर
  • एकल-इलेक्ट्रॉन स्तर पर संचालित उच्च-आवृत्ति सिग्नल मिक्सर
Related to: single-electron transistor, SET, coulomb blockade, क्वांटम डॉट, tunnel junction, quantum computing, electrometer, nanoelectronics.

ऐतिहासिक संदर्भ

एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर (SET)

1980
1980
1984
1986
1986
1991
1994
1980
1980
1984
1985
1986
1990
1993-01-01
1995
Testing rare-earth magnets in a solid state physics laboratory.

दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक

दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के मिश्र धातुओं से बने मजबूत स्थायी चुंबक होते हैं। 1970 और 1980 के दशक में विकसित, सबसे सामान्य प्रकार नियोडिमियम चुंबक (NdFeB) और समैरियम-कोबाल्ट चुंबक (SmCo) हैं। वे बनाए गए स्थायी चुंबकों में सबसे मजबूत प्रकार के होते हैं, जो फेराइट या अलिनको चुंबकों की तुलना में काफी मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, जिससे कई प्रौद्योगिकियों में लघुकरण और बेहतर प्रदर्शन संभव हो पाता है। नोट: 'दुर्लभ-पृथ्वी तत्व' शब्द एक ऐतिहासिक भ्रामक नाम है। ये तत्व पृथ्वी की पपड़ी में असाधारण रूप से दुर्लभ नहीं हैं। सीरियम, सबसे प्रचुर मात्रा में, 25वां सबसे प्रचुर तत्व है, जो तांबे के समान है। यहाँ तक कि सबसे कम प्रचुर स्थिर दुर्लभ-पृथ्वी, ल्यूटेशियम, सोने की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक सामान्य है। 'दुर्लभ' लेबल इसलिए उत्पन्न हुआ क्योंकि उन्हें अलग करना मुश्किल था।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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