Новости науки 13.03.01. Ветвящееся течение двумерного электронного газа

Один из фундаментальных вопросов полупроводниковой нанотехнологии -- это движение электронов в структурах, обладающих сложной геометрией. В частности, важно понимать, как электроны ведут себя, попадая из очень узкого нанопровода (контакта) в неограниченный объем проводящего материала (или, что то же самое, как электронный ток протискивается сквозь узкие отверстия). В работе [M.Topinka, et al., Nature, 410, 183 (2001)] было экспериментально установлено, что вместо того, чтобы просто слегка расширяясь течь дальше, электронный ток разветвляется на несколько узких "русел", потоков. По крайней мере, так происходит в двумерном случае.

Плотность электронного тока после прохождения узкой щели

Типичный вид плотности электронного тока при его прохождении через узкую щель показан на Рисунке, полученном методами сканирования поверхностной электронной плотности (negatively charged scanning probe microscopy, SPM). Отчетливо видно разбиение потока на несколько рукавов с достаточно нетривиальной структурой, что приводит к сильной анизотропии плотности тока. Авторы работы полагают, что такая неожиданная структура -- результат влияния неоднородностей кристаллической решетки (примесных атомов, дефектов решетки и т.д.) на движение электронов. Натекая на неоднородность, электронный газ огибает ее с обеих сторон и при этом разветвляется на два русла. И то, что видно в эксперименте -- результат многократного повторение такого эффекта.

Для проверки этой гипотезы было предпринято моделирование протекания электронного газа через узкую щель. Было выяснено, что экспериментально наблюдаемое ветвление тока появлется и в моделировании, причем результаты полного квантовомеханического моделирования принципиально ничем не отличались от результатов, полученных в классическом приближении. Отсюда авторы сделали вывод, что наблюдаемое явление -- преимущественно классического характера, а значит, должно проявляться практически в любой подобной системе. Дальнейшее изучение этого явления, безусловно, необходимо для понимания электронного транспорта в наноструктурах.

перейти к началу страницы