8 Quais fenômenos devem ser levados em consideração em um Transitor SET (single electron transistor)?

Passo 1

O enunciado pergunta quais fenômenos físicos são relevantes em um transistor SET (single-electron transistor). O assunto envolve transporte quântico de carga discreta e eletrostática de nanoestruturas, e vamos precisar dos conceitos de efeito Coulomb, tunelamento quântico e flutuações (térmicas e de carga).

Passo 2

No SET, o efeito de bloqueio de Coulomb é central. Como a ilha (quantum dot) tem capacitância muito pequena, para adicionar um único elétron você precisa vencer a energia de auto-carga. Essa energia é dada por EC=e^22C, e quando kB Tll EC impede o transporte contínuo de elétrons.
O transporte de elétrons através do SET se dá por tunelamento quântico em junções barreira-ilhas. Esse tunelamento deve ser tratado pela mecânica quântica e depende da transparência das barreiras e das densidades de estados.

Passo 3

Devido à carga discreta, tanto a carga na ilha quanto os níveis de energia no ponto quântico ficam quantizados. Isso gera uma estrutura de picos de condutância quando varrermos a tensão de gate, pois só em certos valores de potencial é energeticamente permitido o acréscimo de um elétron.

Passo 4

Mesmo em bloqueio de Coulomb, existe o fenômeno de co-tunelamento (tunelamento de segunda ordem), em que dois elétrons ou processos virtuais permitem corrente residual. Esse efeito é importante em temperaturas muito baixas ou barreiras muito finas.

Passo 5

As flutuações térmicas (energia kB T) devem ser mantidas bem abaixo de EC. Caso contrário, o bloqueio de Coulomb desaparece e o comportamento de único elétron não é observado.

Passo 6

O ruído de carga de fundo, causado por armadilhas de carga no dielétrico ou cargas residuais próximas à ilha, desloca os picos de condutância e afeta a estabilidade do dispositivo.

Passo 7

Por fim, o ambiente eletromagnético e as capacitâncias parasitas ao redor do SET influenciam o acoplamento de ruído, o dissipamento de energia e até a coerência quântica dos elétrons no transporte.

Resposta

Os principais fenômenos a considerar em um SET são: bloqueio de Coulomb (energia de auto-carga EC=tfrace^22C), tunelamento quântico nas junções, quantização de carga e de níveis energéticos, co-tunelamento, flutuações térmicas ( kB T), ruído de carga de fundo e influência do ambiente eletromagnético e das capacitâncias parasitas.

Exercícios relacionados