Figure 1 :Structure d'un transistor basé sur une boîte quantique. Un à la fois, les électrons circulent de la source au drain à travers la boîte quantique, en fonction du potentiel de l'électrode de grille. Les propriétés d'un tel transistor sont fortement affectées par la présence de points quantiques parasites dans le canal du transistor.
Les transistors sont l'un des dispositifs les plus importants de l'électronique et sont au cœur de l'informatique moderne. La miniaturisation progressive des transistors se rapproche rapidement de l'échelle atomique, où même la plus petite imperfection peut avoir un effet significatif sur les performances. Keiji Ono et ses collègues du laboratoire de physique des basses températures RIKEN ont maintenant développé une méthode pour mesurer les caractéristiques opérationnelles des transistors à « point quantique » à un seul atome sans l'influence des imperfections environnantes.
Lorsqu'un matériau pur est implanté avec des atomes isolés d'un autre élément, l'atome d'impureté peut se comporter comme une boîte quantique, avec des propriétés assez différentes de sa matrice hôte. Les points quantiques peuvent constituer la base du fonctionnement des transistors :allumer ou éteindre une sortie, en fonction de l'état d'une entrée et peut faciliter le transport des électrons à travers le transistor même lorsque le transport des électrons à travers le matériau environnant, généralement du silicium, est bloqué. Dans cette configuration, alors que tous les électrons passent par la boîte quantique, ils ne peuvent le faire qu'un seul à la fois. Cela rend les propriétés physiques quantiques des points quantiques dominantes dans le fonctionnement du transistor, produisant une forme de losange caractéristique dans la relation courant-tension mesurée.
Transport d'un seul électron à travers le transistor, cependant, est très sensible aux perturbations extérieures. Les impuretés dans d'autres parties du transistor peuvent provoquer des champs électriques parasites qui agissent comme des points quantiques et influencent ainsi le comportement électrique du transistor et l'apparition de la forme du losange dans les courbes électriques.
Pour contrer de tels effets, Ono et ses collègues ont mis au point une technique de mesure qui leur permet de quantifier les effets de ces points quantiques « égarés » afin que les véritables propriétés du point quantique principal puissent être isolées. La méthode est basée sur des mesures des performances du transistor à différentes tensions électriques, qui sont analysés à l'aide d'un modèle de transport d'électrons qui intègre les effets électriques des points quantiques parasites. Parmi de nombreuses utilisations, ces informations aident les chercheurs à comprendre quelles tensions doivent être appliquées aux transistors afin d'optimiser le régime de transport des électrons uniques.
Bien que les propriétés quantiques du transport des électrons à travers les transistors à points quantiques n'apparaissent qu'à basse température, comprendre les processus impliqués est également important pour l'optimisation des transistors réguliers à température ambiante, qui sont connus pour être affectés par la présence de défauts isolés dans le canal du transistor, dit Ono. "Nous en savons beaucoup sur les points quantiques. L'application de la physique des points quantiques aux transistors commerciaux est difficile mais pourrait avoir des implications très utiles."
