Transistor de elétron único (SET)
1986
- Dmitri Averin
- Konstantin Likharev
Um único elétron Transistor Um transistor de tunelamento elétron único (SET) é um dispositivo de comutação que utiliza tunelamento eletrônico controlado para manipular o fluxo de elétrons individuais. Ele consiste em um ponto quântico (a "ilha") acoplada aos terminais de fonte e dreno por meio de junções túnel e acoplada capacitivamente a um eletrodo de porta. Seu funcionamento depende de Coulomb Efeito de bloqueio, permitindo extrema sensibilidade e baixo consumo de energia.
The Single-Electron Transistor (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 cryogenic temperatures and/or extremely small island capacitance (fF or aF).
Um eletrodo de porta é acoplado capacitivamente à ilha. Aplicando-se uma tensão [latex]V_g[/latex] à porta, o potencial eletrostático da ilha pode ser ajustado com precisão. Essa tensão de porta pode ser ajustada para superar o bloqueio de Coulomb, permitindo que um único elétron tunele da fonte para a ilha e, em seguida, da ilha para o dreno. Esse processo pode ser repetido um elétron por vez. A corrente através do SET exibe, portanto, picos acentuados (oscilações de Coulomb) em função da tensão de porta, com cada pico correspondendo à adição de um elétron à ilha. Isso torna o SET um eletrômetro extremamente sensível, capaz de detectar frações de uma carga elementar.
Embora os transistores de efeito de campo (SETs) ofereçam sensibilidade incomparável e potencial para lógica de ultrabaixo consumo de energia, sua aplicação prática em circuitos de grande escala é dificultada por diversos desafios. A necessidade de temperaturas muito baixas é um grande obstáculo para a eletrônica de consumo. Além disso, seu desempenho é altamente sensível a cargas de fundo aleatórias no substrato circundante, que podem alterar imprevisivelmente as características da tensão de porta. Fabricar grandes conjuntos de SETs idênticos com alto rendimento também é extremamente difícil. Apesar desses obstáculos, eles continuam sendo uma ferramenta vital na pesquisa em física fundamental e estão sendo ativamente explorados para aplicações específicas, como o processamento de informação quântica, onde o estado de carga de um ponto quântico pode representar um qubit.
UNESCO Nomenclature: 2205
Eletrônicos
Precursores
- descoberta do elétron
- conceito de tunelamento quântico
- invention of the field-effect transistor (FET)
- desenvolvimento de pontos quânticos
- teoria do bloqueio de Coulomb
Aplicações
- eletrômetros de alta sensibilidade
- detectores de fóton único
- pesquisa em computação quântica (qubits)
- experimentos de física de baixa temperatura
- normas metrológicas para corrente elétrica
Ideias de Inovação Potencial
Devido ao tráfego de bots de coleta de dados, atualmente superior a 40 mil por dia, este conteúdo é reservado aos membros da comunidade.
> Login < ou > Registrar < (100% gratuito) para acessar isso, assim como todo o restante do conteúdo e das ferramentas restritas.
Relacionado a: transistor de elétron único, SET, bloqueio de Coulomb, ponto quântico, junção túnel, computação quântica, eletrômetro, nanoeletrônica.