Балистичните електрони са едно от най-завладяващите явления в съвременните квантови материали. За разлика от обикновените електрони, те не се разсейват при среща с несъвършенства в структурата на материала и затова могат да се придвижват от точка А до точка Б почти без съпротивление — подобно на капсула, движеща се в пневматична тръба. Такова поведение обикновено се наблюдава в едно- или двумерни материали с ограничена геометрия.

Нов модел за откриване на потока от електрони

Изследователи от Изследователския център „Юлих“ (Forschungszentrum Jülich) и Техническия университет на Аахен (RWTH Aachen University) са разработили модел, който може да засича този особен поток от електрони при реалистични експериментални условия. Работата е публикувана в списание Physical Review Letters и е отличена като „Editors’ Suggestion“ (предложение на редакторите).

Потенциал за бъдещата електроника и квантови технологии

Балистичните електронни канали, които се формират по ръбовете на двумерни топологични материали, се смятат за изключително перспективни за бъдещите електронни технологии. Те могат да послужат като основа за енергийно ефективни електронни схеми и за квантови компютри със стабилни кубити.

Развитие на теорията на Ландауер

Новият подход надгражда теорията за балистичен пренос на заряд, разработена преди няколко десетилетия от Ролф Ландауер. Неговият класически модел обаче описва само идеализирания случай — според него електроните могат да влизат или да излизат от подобен канал единствено в двата му края.

Моделът на изследователите от „Юлих“ прави решаваща крачка напред. Той отчита, че такъв балистичен зарядов канал не съществува изолиран, а представлява ръб на друг проводим материал, през който се инжектира токът. Това означава, че електроните могат да навлизат или да напускат канала по цялата му дължина.

По-точно описание на реалните експерименти

„Това ни позволява за първи път да опишем поведението на такива ръбови канали по начин, който отразява това, което действително се наблюдава в експериментите“, казва д-р Кристоф Моорс, първи автор на изследването.

„Нашата теория също така предлага ясни признаци, които могат да се използват за идентифициране на беззагубния, балистичен ток и за разграничаването му от обикновения пренос на заряд“, допълва Моорс, който след постдокторантурата си в Института „Петер Грюнберг“ (PGI-9) в „Юлих“ се присъединява към изследователския център Imec в Льовен, Белгия.

Потвърждение чрез експериментални наблюдения

Моделът показва, че протичането на ток през двумерния материал се променя фундаментално в присъствието на балистичен канал. Той предсказва характерни разпределения на напрежението, които могат да бъдат директно наблюдавани с наноразмерни сонди или с многовръхови сканиращи тунелни микроскопи.

Това дава възможност експериментално да се различават балистичните от дисипативните (т.е. загубни) токове — решаваща стъпка към безспорно доказване на съществуването на тези екзотични канали на проводимост и тяхното бъдещо приложение в ново поколение устройства.

Източник: Phys.org