A5 Efeitos quânticos indesejados: bloqueio de Coulomb

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Quando essa nanoestrutura é suficientemente pequena e acoplada de forma fraca aos eletrodos circundantes, a energia de carga de um único elétron adicional — a energia necessária para adicionar esse elétron à nanoestrutura — deixa de ser desprezível em comparação com a energia térmica disponível e torna-se significativa. Em uma estrutura macroscópica, essa mesma energia de carga de um único elétron seria insignificante, mas nessa nanoestrutura, com sua capacitância elétrica muito menor, essa mesma carga adiciona uma quantidade comparativamente muito maior de energia de carga. O fato de essa nanoestrutura ser ainda menor e ainda mais fracamente acoplada a esses eletrodos torna essa energia de carga de um único elétron, consequentemente, ainda mais significativa.

A energia de carga já significativa de um único elétron introduz uma barreira de energia que um elétron adicional deve superar antes de entrar nessa nanoestrutura. Essa barreira de energia é o que causa o bloqueio de Coulomb: enquanto a tensão aplicada à nanoestrutura for insuficiente para superar essa barreira de energia de carga, nenhum elétron adicional pode entrar e a corrente elétrica que passa pela nanoestrutura é, consequentemente, bloqueada. Uma maior energia de carga para um único elétron resulta em uma barreira de energia mais alta, exigindo uma tensão aplicada maior para superar esse bloqueio de Coulomb.

Portanto, este modelo, com a energia de carga de um único elétron e o bloqueio de Coulomb que a abriu, interrompe a condutância quantizada que, de acordo com outro modelo neste conjunto, descreve idealmente o transporte quântico através de uma nanoestrutura deste tipo: em vez da condutância quantizada ideal, que o outro modelo prevê como uma série de degraus perfeitamente definidos à medida que a tensão aplicada aumenta, este bloqueio de Coulomb introduz, entre esses mesmos degraus, uma região adicional de corrente elétrica bloqueada que este transporte quântico ideal não explica. O fato de essa energia de carga de um único elétron ser significativa o suficiente nesta nanoestrutura muito pequena e fracamente acoplada para produzir esse bloqueio de Coulomb torna essa anomalia ainda mais relevante quanto menor for a nanoestrutura — isto é, no próprio regime em que esse transporte quântico ideal deveria, em princípio, se manifestar com maior clareza.

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