Квантовая антиточка

Антиточка — объект с размерами подобными или большими чем размеры квантовых точек. Её можно назвать квантовая антиточка. В отличие от квантовой точки, которая является энергетической ямой для носителей электронов или дырок, антиточка представляет собой потенциальный барьер, куда частицы не могут проникнуть. Если длина свободного пробега к примеру электрона много больше размеров антиточки, то в магнитном поле вокруг антиточки образуются состояния дискретного спектра. Антиточки применяется как модель короткодействующего потенциала.

Квантовая потенциальная антиточка (КПА) (англ. Quantum antidot) - имеет потенциальний рельеф, обратный к потенциальному рельефу потенциальной точки. Таким образом, она имеет рельеф потенциального горба (potential hill). Впервые была реализована на практике Симмонзом в 1991 году.

С помощью КПА исследуют резонансное туннелирование (РТ) квазичастиц через них, используя квантовые режими типа квантового эффекта Холла (целочисленный КЭХ), или дробного КЭХ.

Группа Голдмана провела серию экспериментов на КПА, изготовленных на GaAs гетероструктурах методом молекулярно- лучевой эпитаксии (низкий уровень безпорядка и дислокаций). Исследовались квази-периодическая зависимость проводимости РТ от напряжения на затворе подложки. Было показано, что данные измерений зависят от чисел заполнения ($\nu$) уровней Ландау и зависят от квантового режима (в каком режиме находится КПА - целочисленном, или дробном КЕХ).

Экспериментальные результаты

Квантизация магнитного поток может быть представлена в следующей форме:

$\Delta B S_m = \phi_0 = \frac{h}{e}$

где $\Delta B = B^{m+1} - B^m$ прирост магнитного поля на верхнем уровне Ландау, $h -$ постоянная Планка, $e -$ элементарный заряд электрона, $m -$ верхний заполненный уровень Ландау и $S_m -$ площадь КПТ для $m -$го уровня Ландау.

Приращение напряжения на управляющих электродах имеет вид:

$\Delta V_{gb} = \frac{q}{CS_m}$

где $q -$ заряд квазичастицы, $C = \frac{\varepsilon_0\varepsilon}{d_{gb}}$ - емкость КПТ, $d_{gb} -$ толщина КПТ. Для гетероструктуры GaAS толщина была $d_{gb} = 428 \pm 5\mu m$, а относительная проницаемость $\varepsilon = 13,1$.

Таким образом, результирующий заряд квазичастицы можно подать в форме:

$q = \frac{\varepsilon_0\varepsilon \phi_0\Delta V_{gb}}{p_{\nu}d_{gb}\Delta B}$

где $p_{\nu} -$ целое число, котое учитывает количество квазичастиц при даном $\nu$; $p_{\nu} = 1$ при $\nu = 1,1/3,1/5$ и $p_{\nu} = 2$ при $\nu = 2,2/5,2/9$.

Используя эту технику были получены следующие значения квазизарядов в КПА:

$q = 1,57 \cdot 10^{-19} C = (0,98 \pm 0,03)e$

при $\nu = 1,2$

$q = 5,20 \cdot 10^{-20} C = (0,325 \pm 0,01)e$

при $\nu = 1/3$

См. также

• Рассеяние на абсолютно непроницаемой сфере
• Квантовая емкость
• Длиннодействующий потенциал
• Рассеяние на абсолютно непроницаемой сфере

Литература

• V.J.Goldman and B.Su "Resonant Tunneling in Quantum Hall Effect: Measurement of Fractional Charge". Science 267, 1010-1012 (1995)
• Simmons J.A. et.al. Phys. Rev. B44, 12933 (1991).

Ссылки

• Публикации Голдмана
• Принцип работы КАТ "на пальцах"
• Новости: Открыт "дробный заряд"