Полученная учеными визуализация электронного потока через двойные квантовые точки.
Взаимодействие электронов и фононов, которое отвечает за некоторые из важнейших состояний материи в физике (например, сверхпроводимость и сегнетоэлектричество), как известно, сложно контролировать.
Однако, устройство, предложенное исследователями из Weizmann Institute of Science (Израиль) впервые позволяет реализовать этот контроль с помощью одиночных и двойных квантовых точек, расположенных вдоль механического резонатора, состоящего из ультрачистой углеродной нанотрубки.
Для создания своего устройства ученые использовали углеродную нанотрубку, обладающую малой запрещенной зоной. Эта структура располагалась между двумя металлическими контактами над пятью электрически независимыми «воротами». Благодаря физическим свойствам контакта с металлом, углеродные нанотрубки в такой схеме имели избыток дырок проводимости. С другой стороны, свободная часть трубки могла локально легироваться электронами или дырками проводимости с помощью подачи независимого постоянного напряжения на различные «ворота».
В условии приложения отрицательного напряжения ко всем «воротам», нанотрубка целиком легировалась дырками проводимости, превращаясь, таким образом, в непрерывный проводник. Однако когда на одни «ворота» подавалось положительное напряжение (при условии сохранения на остальных отрицательного) соответствующий сегмент нанотрубки, расположенный над этими «воротами», оказывался легирован электронами. В результате формировалась пара p-n переходов, границы которых определяли упомянутые выше квантовые точки, размещенные на нанотрубках. Поскольку эти точки крайне чувствительны к заряду, они позволяли обнаружить локальное механическое движение. Но, что еще важнее, они могли использоваться для локального контроля взаимодействий электронной и механической компонент устройства.
Благодаря вибрации (фононам), электроны переходили между сегментами нанотрубки и квантовыми точками. Кроме того, они притягиваются к соответствующим «воротам», что смягчало механическую «отдачу».
С помощью созданного устройства израильские ученые проанализировали, как взаимодействие электронов и фононов варьируется на всей длине нанотрубки. Они использовали эту информацию для отображения отдельных фононных мод.
Разработанное научной группой устройство обеспечивает принципиально новый способ управления механическими системами, как с классической, так и с и квантово-механической точек зрения.
Поскольку электрон-фононное взаимодействие является ключевым для различных фундаментальных твердотельных явлений, возможность контролировать его будет крайне полезна для будущего изучения конденсированных состояний, таких как сегнетоэлектричесвто, сверхпроводимость и т.п.
