A5 Effets quantiques indésirables : blocage coulombien

Topique

Cette nanostructure, lorsqu'elle est suffisamment petite et faiblement couplée aux électrodes environnantes, fait que l'énergie de charge d'un seul électron supplémentaire — l'énergie nécessaire pour ajouter cet électron à cette nanostructure — cesse d'être négligeable par rapport à l'énergie thermique disponible et devient significative. Dans une structure macroscopique, cette même énergie de charge serait insignifiante, mais dans cette nanostructure, avec sa capacité électrique beaucoup plus faible, cette même charge ajoute une quantité d'énergie de charge comparativement beaucoup plus importante. Le fait que cette nanostructure soit encore plus petite et encore plus faiblement couplée à ces électrodes rend cette énergie de charge d'un seul électron, par conséquent, encore plus significative.

L'énergie de charge déjà significative d'un seul électron introduit une barrière énergétique qu'un électron supplémentaire doit franchir avant de pénétrer dans cette nanostructure. Cette barrière énergétique est à l'origine du blocage de Coulomb : tant que la tension appliquée à la nanostructure est insuffisante pour franchir cette barrière énergétique, aucun électron supplémentaire ne peut y pénétrer et le courant électrique traversant la nanostructure est, par conséquent, bloqué. Une énergie de charge plus élevée pour un électron unique engendre une barrière énergétique plus importante, nécessitant une tension appliquée plus élevée pour surmonter ce blocage de Coulomb.

Par conséquent, ce modèle, avec l'énergie de charge de l'électron unique et le blocage de Coulomb qui l'induit, perturbe la conductance quantifiée qui, selon un autre modèle de cet ensemble, décrit idéalement le transport quantique à travers une nanostructure de ce type : au lieu de cette conductance quantifiée idéale, que cet autre modèle prédit comme une série de paliers parfaitement définis lorsque la tension appliquée augmente, ce blocage de Coulomb introduit, entre ces mêmes paliers, une région supplémentaire de courant électrique bloqué que ce transport quantique idéal ne prend pas en compte. Le fait que cette énergie de charge de l'électron unique soit suffisamment significative dans cette nanostructure très petite et faiblement couplée pour produire ce blocage de Coulomb rend cette anomalie d'autant plus pertinente que la nanostructure est petite – c'est-à-dire précisément dans le régime où ce transport quantique idéal devrait, en principe, se manifester le plus clairement.

ID:4466