Technologie: pompa elektronowa steruje prądem z dokładnością do pojedynczego elektronu

Reklamując najwyższej jakości komponenty komputerowe producenci chwalą się podzespołami, które bardzo dokładnie regulują podawany prąd. Ich precyzja niknie jednak w obliczu pomp elektronowych, które potrafią sterować przepływem pojedynczych elektronów. Najnowsze osiągnięcie w tej dziedzinie stwarza szanse dla przedefiniowania na nowo pojęcia ampera - jednostki natężenia prądu.

Prace nad tak zwanymi pompami elektronowymi prowadzone są już od wielu lat, ale dopiero ostatnio udało się osiągnąć bardzo dużą precyzję i szybkość procesu generowania prądu na poziomie kwantowym

Skonstruowane przez inżynierów z Narodowego Laboratorium Fizyki (NPL) w Wielkiej Brytanii nanourządzenie wprowadza do obwodu pojedyncze elektrony z prędkością miliarda na sekundę. To 300 razy lepszy wynik niż dotychczasowy rekord osiągnięty aż 16 lat temu przez amerykański NIST. Daje to co prawda niewielki prąd, maksymalnie 150 pA, ale za to bardzo precyzyjnie określony. Błąd jest mniejszy niż jedna milionowa (1 p.p.m.), a dopasowanie do teoretycznych krzywych sugeruje, że jest nawet tak mały jak 0,1 p.p.m.

Widok pułapki, w która służy do uchwycenia pojedynczych elektronów.

Pompa wykorzystuje kwantową kropkę (o wymiarach mniejszych niż 0,0001 mm), która stanowi pułapkę dla elektronów, a jej działanie jest sterowane zmieniającym się w ściśle określony sposób napięciem.

Do kropki wstrzykiwane są elektrony, a następnie doprowadzana jest ona do stanu gdy znajduje się w niej tylko jeden elektron. Następnie ten elektron jest wprowadzony do kanały wyjściowego, a cała procedura powtarzana.

Odbywa się to jak wspomnieliśmy z bardzo duża prędkością. Wartość generowanego prądu można bardzo łatwo określić, gdyż znając tempo w jakim zachodzą zmiany napięcia sterującego wiemy jaki ładunek jest generowany przez pompę.

Prąd podczas wyładowania atmosferycznego może być nawet biliard razy większy niż ten generowany przez pompę elektronową. (foto:gumayunov/Flickr)

Dokładność omawianej pompy elektronowej jest na tyle duża, że naukowcy spodziewają się, że może ona posłużyć do zdefiniowania na nowo pojęcia ampera, która nie będzie bazowała na pomiarach sił wywoływanych przez płynący prąd, a na dokładnym określeniu wartości płynącego ładunku.
 

Więcej o technologiach operujących w nanoskali:

• Komputery milion razy wydajniejsze dzięki magnetycznym elementom półprzewodnikowym
• Tranzystor z kanałem próżniowym: stara technologia lamp w nanoskali
• Układy elektroniczne budowane przez magnetyczne bakterie
• Sieci optyczne szybsze i tańsze - mikroczipy wewnątrz światłowodu
• IBM: atomowe nośniki pamięci w zasięgu ręki - bit z 12 atomów żelaza

Źródło: NPL