Elektronikus szállítás egy atomon keresztül
Mekkora az elképzelhető legkisebb elektromos áramkörök vezetőképessége, amelyek egyetlen atomból állnak két fémelektród között? Hogyan függ össze a figyelembe vett faj kémiai tulajdonságaitól? A CEA-Saclay-i SPEC Quantronic csoportjának fizikusai a Madridi Autonóm Egyetem (Spanyolország) két csoportjával és a Leideni Egyetem (Hollandia) egy csoportjával együttműködve most egy kísérleti, valamint elméleti válasz, az elektromos szállítás gazdagságát felhasználva a szupravezető fémekben.
A központi atom és a szomszédai által létrehozott kötések száma és ereje határozza meg ezt a vezetőképességet. Ennek az atomnak az összes vegyértékpályája vezetési utat vagy "csatornát" eredményez, amelyen keresztül az áram áthalad. Az elektródák között alkalmazott elektromos feszültség jelenlétében az elektronok áramlása függ a rendelkezésre álló csatornák számától és mindegyikük hatékonyságától. Ezt a hatékonyságot a t átviteli együttható jellemzi én amelyet az atomok elrendezése határoz meg a központi atom körül. Az érintkezés teljes vezetőképessége egyszerűen G = G0T, ahol T = St én a teljes transzmisszió és G0 = 2e 2/h = 77 µS = (12,9 k W) -1 a "vezetőképességi kvantum" (e az elektron töltése és h a Planck-állandó).
A gyakorlatban az atomméretű elektromos érintkezéseket több éven keresztül szerezték meg az alagútmikroszkóphoz kapcsolódó különféle technikákkal. A Saclay csapat kifejlesztette a mikroszabású töréspontok technikáját, amely páratlan stabilitást biztosít. Elektronnyalábos litográfiai technikákat alkalmazva egy vékony fémrétegből egy szuszpendált mikrohidrat vágnak le, amelynek a legszűkebb pontján 100 nm-es nagyságrend van (lásd 1. ábra). Ha az aljzatot mechanikus tológép segítségével meghajlítják, a mikrohíd a leggyengébb pontján megtörik. Ezt kriogén vákuumban végezzük annak érdekében, hogy biztosítsuk a törésből adódó két elektróda tisztaságát. A feszültség oldásával a két elektród érintkezésbe kerül. Az elektródák közötti távolságot a tolóerő 10 μm-nél jobb pontossággal szabályozza, amely lehetővé teszi az atom atom általi érintkezés rekonstrukcióját.
Az érintkezés minden megvalósításához meg kell mérni az elektromos áramot, amely elektromos feszültség alkalmazásakor kering. Ez az áram lineárisan növekszik a feszültséggel, amikor a fém normális (nem szupravezető), és ebből a mérésből csak egy számot tudunk kivonni, az érintkezés G vezetőképességét (azaz a teljes T átvitelt). Ezért semmit sem lehet mondani a kapcsolatot alkotó egyes csatornákról. Éppen ellenkezőleg, meg lehet számlálni a csatornákat és meghatározni mindegyikük hatékonyságát az áram mérésével a szupravezető fémek érintkezőin alkalmazott elektromos feszültség függvényében. A töltésátviteli folyamatok változatossága a szupravezető állapotban, ahol az elektronok egyedül, párban vagy akár nagyobb csomagokban is áthaladhatnak, segít szétválasztani az egyes nyitott csatornák hozzájárulását, mert ebben az esetben a szállítási terhelés erősen nem lineárisan függ minden átviteli együtthatón. A 2. ábra bemutatja a különböző Al érintkezők számára alacsony hőmérsékleten (30 mK) kapott áramfeszültség (I-V) jellemzőit, valamint a legjobb elméleti beállításokat, amelyek szabad paraméterként kiszámítva a csatornák számát és átvitelt t én .