Un physicien russe et ses collègues internationaux ont étudié un contact ponctuel quantique (QCP) entre deux conducteurs avec des champs oscillants externes appliqués au contact. Ils ont trouvé que, pour certains types de contacts, une augmentation de la fréquence d'oscillation au-dessus d'une valeur critique a réduit le courant à zéro, un mécanisme prometteur qui peut aider à créer des composants nanoélectroniques. Cette recherche soutenue par la Russian Science Foundation (RSF) a été publiée dans le Examen physique B journal.

Une tendance persistante dans l'électronique moderne, la miniaturisation a stimulé la demande de nouveaux dispositifs nanométriques offrant des performances avancées et tirant parti des effets quantiques avec des électrons se comportant à la fois comme des particules et des ondes. Le contrôle précis du transport de charge au moyen de champs électriques et magnétiques externes revêt une importance particulière. Ceci peut être réalisé dans un minuscule QPC comparable en taille à un atome (plusieurs angströms) et avec seulement quelques longueurs d'onde d'électrons. De tels contacts peuvent être obtenus expérimentalement en connectant deux électrodes massives avec une couche de gaz d'électrons bidimensionnel, c'est-à-dire un gaz avec des particules se déplaçant librement dans deux directions seulement, puis appliquer une tension aux plaques. Plus la tension est élevée, plus la zone interdite aux électrons est grande et plus le contact est étroit.

Les auteurs ont effectué des recherches théoriques sur deux conducteurs reliés par un QPC soumis à des champs oscillants externes. Les porteurs de charge dans les conducteurs ont été supposés avoir des concentrations initiales différentes. Aux basses fréquences d'oscillation, le courant au contact tend à égaliser les concentrations. Cependant, les scientifiques ont découvert que, pour un certain type de contacts, le courant tombe à zéro et les concentrations ne sont jamais égales aux fréquences supérieures à la valeur critique. Cela fournit une preuve révélatrice d'une transition de phase hors d'équilibre - un phénomène dynamique qui explique la différence fondamentale entre les propriétés du système au-dessous et au-dessus de la valeur critique d'un paramètre externe, dans ce cas, fréquence d'oscillation.

"Cet effet saisissant est mieux illustré par un exemple simple. Imaginez deux récipients remplis d'eau et leurs fonds reliés par un tube. Si les niveaux d'eau sont différents, l'eau continuera à s'écouler d'un navire à l'autre jusqu'à ce que ses niveaux soient les mêmes dans les deux navires. Imaginez maintenant que nous secouons le tube avec une fréquence supérieure à une valeur critique. L'eau cessera de couler et ne s'équilibrera jamais au même niveau. Bien sûr, cela n'arrive pas à l'eau dans la vraie vie, mais cela arrive aux électrons traversant un contact quantique "secoué" par des champs électriques et magnétiques externes, " explique Oleg Lychkovskiy, un doctorat en physique et mathématiques et chercheur principal à l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo (Skoltech), Institut de physique et de technologie de Moscou et (MIPT) et V.A. Institut de mathématiques Steklov de RAS.

Cette recherche peut ouvrir la voie à de nouveaux dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique avec un large éventail d'applications potentielles. Les dispositifs et systèmes électroniques basés sur les effets quantiques sont une voie de recherche prometteuse, considérant que le marché russe de la nanoélectronique et de la photonique pourrait atteindre 20 milliards de roubles d'ici 2027.