Ученые исследовали квантовые контакты между проводниками во внешнем осциллирующем поле. Они выяснили, что для определенных видов контактов с увеличением частоты осцилляций ток становится равен нулю. Результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review B при поддержке Российского научного фонда, могут помочь в создании новых электронных наноэлементов.

Уменьшение размера устройств и расширение их функционала сегодня заметный тренд в развитии электроники. Из-за этого растет потребность в новых наноэлементах, которые будут обладать улучшенными свойствами при маленьком размере. В основе подобных устройств лежат квантовые эффекты. Электроны проявляют свойства как частиц, так и волн. Из-за этого возникают явления переноса заряда. Они очень чувствительны к воздействиям извне, например к магнитным и электрическим полям.

Особый интерес в этой области представляют квантовые точечные контакты. Они настолько узкие, что в них укладывается в лишь несколько длин волн электронов. Это сравнимо с размером атома — около нескольких ангстрем. Получить такие контакты можно, если связать два массивных электрода слоем двумерного электронного газа, где частицы могут свободно двигаться только в двух направлениях. Затем нужно подвести пластины затвора, на который будет подаваться потенциал. Чем большее напряжение будет подаваться, тем больше окажется запрещенная для движения электронов область и уже контакт.

Российский физик совместно с иностранными коллегами теоретически изучил два проводника, которые были соединены квантовым контактом с приложенными к нему внешними осциллирующими полями. Первоначальные концентрации носителей заряда в проводниках предполагались разными. При небольшой частоте осцилляций через контакт течет ток, который стремится выровнять концентрации.

Но исследователи обнаружили, что если у определенного типа контактов частоты становятся выше критических, то ток обнуляется. В результате концентрации не могут выровняться. Такое явление называется неравновесным фазовым переходом, при нем свойства системы качественно различны по разные стороны от критического значения внешнего параметра, например частоты осцилляций.

«Для того чтобы оценить необычность этого эффекта, можно провести такую аналогию. Представим себе два сосуда с водой, днища которых соединены трубкой. Если уровень воды в сосудах изначально разный, через трубку будет течь вода до тех пор, пока уровни не выровняются. Теперь представим, что мы начинаем трясти трубку и, если частота тряски превышает критическую, вода перестает течь и разница уровней в сосуде остается не выровненной. С водой такого, конечно, на самом деле не произойдет, но зато именно это происходит с электронами, текущими через квантовый контакт, который «трясут» внешние электрические и магнитные поля», — рассказал один из авторов исследования, старший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий, Московского физико-технического института и Математического института имени В.А. Стеклова РАН Олег Лычковский.

Результаты исследования могут помочь в создании новых электронных наноэлементов, которые благодаря маленькому размеру станут востребованы в разных технологических областях.