Re: ricerca sui Single electron devices

From: Davide Venturelli <ventu_at_castellonet.com>
Date: 12 Apr 2004 07:06:29 -0700

Ciao!
Sto procedendo con le letture e vorrei verificare di aver capito
quello che sto studiando.
Per chiarire a me stesso, e soprattutto per confrontare con voi quello
che ho capito ho messo su una piccola pagina web con qualche immagine
provvisoria che poi inserir� nella mia ricerca che ho commentato molto
spartanamente.
Mi farebbe piacere se qualche "esperto" potesse darci un'occhiata e
correggere gli errori di ragionamento, se ci sono.

I commenti sulle immagini sono in francese (sicuramente con errori!)
ma non � importante perch� 1) si capiscono secondo me 2) ho commentato
le immagini anche italiano.

Ho anche qualche domanda... sempre che ho messo sulla pagina.

l'url � http:/www.usmonari.it/single/pag.html

per permettere il reply con il quote senza che chi mi voglia
rispondere debba incollare... riporto qua il testo (ma non le
immagini!)

Ciao e grazie!

Davide (secondo anno fisica)


-----------------------------------------copia dal
sito-------------------------
(1)
si tratta di una single-electron box.
se metto una differenza di tensione tra la box e l'emettitore piccola
quando arrivo a una carica "indotta" di e/2C il passaggio di energia
di un elettrone nella box diventa possibile per effetto tunnel.
Dopo il sistema ritorna allo stato iniziale dal punto di vista della
carica in eccesso..
DOMANDA:...ma allora perch� l'elettrone non ritunnela indietro e
avanti all'infinito?
Nota: c'� un errore nell'immagine... la carica sull'ascissa non �
divisa per C.

(2)
aumentando il voltaggio pian piano ritorno a una carica indotta di
e/2C e quindi posso far passare un'altro elettrone... e cos� via. La
CARICA in eccesso comunque deve essere sempre minore a e/2C per far
scattare il Coulomb Blockade, giusto?
Con questo procedimento posso caricare e scaricare elettroni dalla
box.

(3)
Ecco un Single-electron transistor. Cio� una box con due giunzioni
tunnel. Sicuramente non ho capito tutto � bene... le immagini cercano
di spiegare quello che ho capito.
Se la differenza di potenziale tra la box e l'emettitore � tale da
superare la coulomb blockade (cio� da indurre una carica sulle
"armature" maggiore di e/2 un'elettrone entra nella box.
Se la stessa situazione si verifica con la seconda giunzione,
l'elettrone pu� uscire dalla box.. e quindi passa corrente.
Questa corrente di passaggio tunnel di un elettrone pu� avvenire anche
se nella box ci sono altri elettroni, che non tunnelano perch�
contribuiscono a creare questa carica in eccesso inferiore a e/2. Se
tunnelassero, come si vede dalle parabole dell'energia che ho
disegnato prima, farebbero saltare il sistema ad un'energia pi� alta.

Nota: altro errore che ho fatto, le immagini in basso rappresentano i
livelli di energia... ovviamente il deltaU si riferisce all'energia
relativa alla differenza di potenziale, non alla differenza di
potenziale esatto.


(4)
Per il passaggio di corrente tunnel, � quindi necessario che la
differenza di potenziale sia ESATTAMENTE UN MULTIPLO DI e/2C in tutte
e due le giunzioni... se no non passa corrente, giusto?
Nell'immagine ho messo anche il concetto di "transport window" anche
se non credo di averlo troppo afferrato... infatti il tunneling non
dovrebbe avvenire SOLO esattamente quando i tre livelli di energia
sono allineati?
Ma forse ho capito... e qua chiedo conferma... Se la differenza di
potenziale � tale da superare la tensione di taglio che permette il
tunneling nella prima giunzione... l'elettrone non ristabilisce il
coulomb blockade perch� viene tunnelato via nella seconda giunzione! E
da li viene instradato come corrente elettrica...

DOMANDA: Questo vuol dire che se DeltaU � molto grande posso avere il
tunneling "contemporaneo" di pi� elettroni? � cos'� il tunneling rate?
Ho visto formuloni dietro questa parola...ma mai definizioni o
spiegazioni.

DOMANDA: Ci si riferisce a l'energia della box con dentro n elettroni
come al "potenziale elettrochimico per N elettroni". Non ho ben chiaro
il perch� di questo nome per definire l'energia..
Inoltre ho trovato una formula per la differenza di energia relativa
al tunneling di un elettrone nella box... che non riesco a ricavare
nonostante dovrebbe essere facile perch� si considera il tutto come un
sistema di 3 condensatori. Se mi date una mano vi ringrazio.

Se Ctot = C1+C2+Cv

la diffferenza di energia tra lo stato a N elettroni e quello a N+1
elettroni �:

[C1+(1/2)Cv]2U + Cv*V + ne � e/2 il tutto moltiplicato per e/Ctot.

....sempre sul potenziale chimico, per farvi capire meglio il mio
problema di incomprensione... su un articolo, sempre a proposito del
SET transistor:

the electrochemical potential is the sum of the chemical potential
mu(N)=E_n and the electrostatic potential ePhi_n

mu(N)=E_n + (n-1/2)e^2 � eCv*V tutto diviso per Ctot

la formula � uguale alla precedente, che ho trovato su un altro
articolo, se sostituiamo E_n con e[C1+(1/2)Cv]2U fratto Ctot

...non l'ho ben capita, non dovrebbe essere assolutamente difficile
ricavarla ma non ho per niente confidenza con i circuiti, eppoi queste
parole "potenziale elettrochimico" mi spaventano un po' perch� non so
bene cosa si intende.
Grazie a chi mi dar� anche una piccola mano!
Received on Mon Apr 12 2004 - 16:06:29 CEST