КУЛОНІВСЬКА БЛОКАДА ТА ОДНОЕЛЕКТРОННИЙ ТРАНЗИСТОР У РАМКАХ КОНЦЕПЦІЇ «ЗНИЗУ – ВГОРУ» СУЧАСНОЇ НАНОЕЛЕКТРОНІКИ ТА В ТРАДИЦІЙНІЙ КОНЦЕПЦІЇ «ЗГОРИ – ВНИЗ»

Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha

Анотація


У методичній оглядовій статті, розрахованій на науковців, викладачів та студентів вищої школи, проаналізовано явище кулонівської блокади в одноелектронному транзисторі на одній молекулі з позицій двох різних підходів: в концепції «знизу – вгору» наноелектроніки і, для порівняння, в традиційній концепції «згори – вниз» з застосуванням макроскопічних властивостей і понять, як-от ємність провідного каналу тощо. В рамках побудованої елементарної теорії одноелектронного транзистора ми отримали чисельні оцінки для меж напруг, у яких можливе перенесення струму з витоку на стік, а також умов і параметрів, за яких можливе експериментальне спостереження явища «кулонівської блокади», коли струм не протікає за ненульової напруги між витоком і стоком.

Ключові слова


нанофізика; наноелектроніка; кулонівська блокада; одноелектронний транзистор

Повний текст:

PDF

Посилання


YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. UZAHALNENA MODEL ELEKTRONNOHO TRANSPORTU V MIKRO- I NANOELEKTRONITSI // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2015. – T. 12, NO. 3. S. 4 – 27 (IN UKRAINIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. TERMOELEKTRYCHNI YAVYSHCHA TA PRYSTROI Z POZYTSII UZAHALNENOI MODELI TRANSPORTU ELEKTRONIV // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2015. – T. 12, NO. 4. S. 5 – 18 (IN UKRAINIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. TERMOELEKTRYCHNI KOEFITSIIENTY V UZAHALNENII MODELI TRANSPORTU ELEKTRONIV // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2016. – T. 13, NO. 1. S. 5 – 23 (IN UKRAINIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. TRANSPORT TEPLA FONONAMY V UZAHALNENII MODELI LANDAUERADATTA-LUNDSTROMA // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2016. – T. 13, NO. 2. S. 16 – 35 (IN UKRAINIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. TRANSPORTNI YAVYSHCHA V HRAFENI V UZAHALNENII MODELI LANDAUERA-DATTA-LUNDSTROMA // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2016. – T. 13, NO. 3. S. 5 – 29 (IN UKRAINIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. URAKHUVANNIA ROZSIIANNIA V UZAHALNENII MODELI LANDAUERA-DATTA-LUNDSTROMA // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2016. – T. 13, NO. 4. – S. 5-18. (IN UKRAINIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. KINETYCHNE RIVNIANNIA BOLTSMANA V UZAHALNENII MODELI TRANSPORTU ELEKTRONIV U MIKRO- TA NANOELEKTRONITSI // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2017. – T. 14, NO. 1, – S. 5 – 20. (IN UKRAINIAN)

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. VYMIRIUVANNIA PROVIDNOSTEI Y ANALIZ ELEKTROFIZYCHNYKH KHARAKTERYSTYK TRANZYSTORIV U RAMKAKH UZAHALNENOI MODELI TRANSPORTU ELEKTRONIV // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2017. – T. 14, NO. 2, – S. 27 – 45. (IN UKRAINIAN).

DATTA SUPRIYO. LESSONS FROM NANOELECTRONICS: A NEW PERSPECTIVE ON TRANSPORT. HACKENSACK, NEW JERSEY: WORLD SCIENTIFIC PUBLISHING COMPANY, 2012; WWW. NANOHUB. ORG/COURSES/ FON1.

YU. A. KRUGLYAK. NANOEHLEKTRONIKA «SNIZU - VVERH», ODESSA: TES, 2015. (IN RUSSIAN).

KRUGLYAK YU. O., STRIKHA M. V. UROKY NANOELEKTRONIKY: METOD NERIVNOVAZHNYKH FUNKTSII HRINA U MATRYCHNOMU ZOBRAZHENNI. 1. TEORIIA // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2013. – V. 10, N 3. – P. 22 – 35 (IN UKRAINIAN).

KRUGLYAK YU. O., STRIKHA M. V., U R O K Y N A N O E L E K T R O N I K Y : K V A N T O V A INTERFERENTSIIA I DEFAZUVANNIA V METODI NERIVNOVAZHNYKH FUNKTSII HRINA // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2014. – V. 11, N 3. – P. 5 – 18. (IN UKRAINIAN).

KRUGLYAK YU. A., NANOELEKTRONIKA «SNIZU – VVERKH»: METOD NERAVNOVESNYKH FUNKTSIY GRINA, MODELNYE TRANSPORTNYE ZADACHI I KVANTOVAYA INTERFERENTSIYA // SCIENCERISE. – 2015. – T. 9, N 2(14). – S. 41 – 72. (IN RUSSIAN).

YU. O. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA, UROKY NANONELEKTRONIKY: EFEKT KHOLLA I VYMIRIUVANNIA ELEKTROKHIMICHNYKH POTENTSIALIV U KONTSEPTSII «ZNYZU-VHORU». SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2014. – T. 11, NO 1: S. 5 – 27 (IN UKRAINIAN).

KRUGLYAK YU. O., STRIKHA M. V., UROKY NANOELEKTRONIKY: ROL ELEKTROSTATYKY Y KONTAKTIV U KONTSEPTSII «ZNYZU – VHORU» // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2014. – V. 11, N 4. – P. 27 – 42 (IN UKRAINIAN).

KRUGLYAK YU. A., MODEL PROVODIMOSTI LANDAUERA – DATTY – LUNDSTROMA I TRANSPORTNOE URAVNENIE BOLTSMANA // SCIENCERISE. – 2015. – T. 3, N 2(8). – S. 108 – 116 (IN RUSSIAN).

DANIELEWICZ P., QUANTUM THEORY OF NONEQUILLIBRIUM PROCESSES, ANN. PHYS., 152, 239 (1984).

MAHAN G. D., QUANTUM TRANSPORT EQUATION FOR ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS, PHYS. REP., 145, 251 (1987).

DATTA SUPRIYO. QUANTUM TRANSPORT: ATOM TO TRANSISTOR. – CAMBRIDGE: CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS. – 2005.

MARTIN P. C., SCHWINGER J. THEORY OF MANY-PARTICLE SYSTEMS. I // PHYS. REV. – 1959. – V. 115, N 6. – P. 1342 – 1373.

KADANOFF L. P., BAYM G. QUANTUM STATISTICAL MECHANICS. – NEW YORK: W. A. BENJAMIN. – 1962.

KELDYSH L. V. DIAGRAMMNAYA TEKHNIKA DLYA NERAVNOVESNYKH PROTSESSOV // ZHETF. – 1964. – T. – 47. – S. 1515 – 1527; KELDYSH L. V. DIAGRAM TECHNIQUE FOR NON-EQUILIBRIUM PROCESSES // SOV. PHYS. JETP. – 1965. – V. 20. – P. 1018.

KRYACHKO E. S., LUDENA E. V., DENSITY FUNCTIONAL THEORY: FOUNDATIONS REVIEWED, PHYSICS REP., 544, 123 – 239 (2014).

AVERIN D. V., LIKHAREV K. K. SINGLE ELECTRONICS: A CORRELATED TRANSFER OF SINGLE ELECTRONS AND COOPER PAIRS IN SYSTEMS OF SMALL TUNNEL JUNCTIONS // IN ALTSHULER B. L., LEE P. A., WEBB R. A. (EDS. ). MESOSCOPIC PHENOMENA IN SOLIDS. - NEW YORK: ELSEVIER. - 1991.

BEENAKKER C. W. J. THEORY OF COULOMBBLOCKADE OSCILLATIONS IN THE CONDUCTANCE OF A QUANTUM DOT // PHYS. REV. B. - 1991. - V. 44. - N 4. - P. 1646 – 1656.

GRABERT H., DEVORET M. H. (EDS. ). SINGLE CHARGE TUNNELING. COULOMB BLOCKADE PHENOMENA IN NANOSTRUCTURES. - NEW YORK: PLENUM PRESS. - 1992. - 347 P.

YU. A. KRUGLYAK, N. YU. KRUGLYAK, M. V. STRIKHA. UROKY NANONELEKTRONIKY: VYNYKNENNIA STRUMU, FORMULIUVANNIA ZAKONU OMA I MODY PROVIDNOSTI V KONTSEPTSII «ZNYZU – VHORU» // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2012. – V. 9, N 4. – P. 5 – 30 (IN UKRAINIAN).

KRUGLYAK YU. A., OBOBSHCHENNYY METOD KHARTRI – FOKA I EGO VERSII: OT ATOMOV I MOLEKUL DO POLIMEROV // SCIENCERISE. – 2014. – T. 5, N 5(3). – S. 6 – 21. (IN RUSSIAN).

KRUGLYAK YU. A., QUANTUM-CHEMICAL STUDIES OF QUASI-ONE-DIMENSIONAL ELECTRON SYSTEMS. 1. POLYENES // SCIENCERISE. – 2015. – Т. 5, N 2(10). – С. 69 – 105.

KRUGLYAK YU. A., QUANTUM-MECHANICAL STUDIES OF QUASI-ONE-DIMENSIONAL ELECTRON SYSTEMS, CHAPTER 2 IN KRUGLYAK YU. A., GLUSHKOV A. V. ET AL, CALCULATIONAL METHODS IN QUANTUM GEOMETRY AND CHAOS THEORY, PART 4, ODESSA, TES PUBLISHING HOUSE, 2015, PP. 28 – 180.

KRUGLYAK YU. A. KVANTOVAYA KHIMIYA. KIEV: 1963 – 1991. ODESSA: TES, 2016. (IN RUSSIAN).

KRUGLYAK YU. A., KRUGLYAK N. YU., ODNOELEKTRONNYY ODNOMOLEKULYARNYKH POLEVOY TRANZISTOR: KVANTOVOMEKHANICHESKOE I ELEKTRODINAMICHESKOE RASSMOTRENIE NA PRIMERE MOLEKULY BENZOLA // VESTNIK ODESSKOGO GOS. EKOLOGICHESKOGO UN-TA, VYP. 12, STR. 201 – 214 (2011). (IN RUSSIAN).

KRUGLYAK YU. O., STRIKHA M. V., UROKY NANOELEKTRONIKY: ELEKTRYCHNYI STRUM I DRUHYI ZAKON TERMODYNAMIKY U KONTSEPTSII «ZNYZU – VHORU» // SENS. ELEKTRON. MIKROSIST. TEHNOL. – 2015. – V. 12, N 2. – P. 5 – 26. (IN UKRAINIAN).

KRUGLYAK YU. A., NANOELEKTRONIKA «SNIZU – VVERKH»: TERMODINAMIKA PROVODNIKA S TOKOM, INFORMATSIONNO-UPRAVLYAEMYY AKUMULYATOR I KVANTOVAYA ENTROPIYA // SCIENCERISE. – 2015. – T. 11, N 2(16). – S. 55 – 71. (IN RUSSIAN).

PARK J., PASUPATHY A. N., GOLDSMITH J. I., CHANG C., YAISH Y., PETTA J. R., RINKOSKI M., SETHNA J. P., ABRUNA H. D., MCEUEN P. L., RALPH D. C. COULOMB BLOCKADE AND THE KONDO EFFECT IN SINGLE-ATOM TRANSISTORS // NATURE. - 2002. - V. 417. - P. 722 – 725.

LIANG W., SHORES M. P., BOCKRATH M., LONG J. R., PARK H. KONDO RESONANCE IN A SINGLE-MOLECULE TRANSISTOR // NATURE. - 2002. - V. 417. - N 13. - P. 725 – 729.

KUBATKIN S., DANILOV A., HJORT M., CORNIL J., BREDAS J. -L., STUHR-HANSEN N., HEDEGARD P., BJORNHOLM T. SINGLE ELECTRON TRANSPORT THROUGH A SINGLE CONJUGATED MOLECULE VISITING SEVERAL REDOX STATES // NATURE. - 2003. - V. 425. - P. 698 – 701.

OSORIO E. A., O’NEILL K., STUHR-HANSEN N., NIELSEN O. F., BJORNHOLM T., VAN DER ZANT H. S. ADDITION ENERGIES AND VIBRATIONAL FINE STRUCTURE MEASURED IN ELECTROMIGRATED SINGLE-MOLECULE JUNCTIONS BASED ON AN OLIGOPHENYLENEVINYLENE DERIVATIVE // ADV. MATER. - 2007. - V. 19. - P. 281 – 285.

DANILOV A., KUBATKIN S., KAFANOV S., HEDEGARD P., STUHR-HANSEN N., MOTH-POULSEN K., BJORNHOLM T. ELECTRONIC TRANSPORT IN SINGLE MOLECULE JUNCTIONS: CONTROL OF THE MOLECULE-ELECTRODE COUPLING THROUGH INTRAMOLECULAR TUNNELING BARRIERS // NANO LETT. - 2008. - V. 8. - N 1. - P. 1 – 5.

THIJSSEN J. M., VAN DER ZANT H. S. CHARGE TRANSPORT AND SINGLE-ELECTRON EFFECTS IN NANOSCALE SYSTEMS // PHYS. STATUS SOLIDI B. - 2008. - V. 245. - N 8. - P. 1455 – 1470.

KAASBJERG K., FLENSBERG K. STRONG POLARIZATION-INDUCED REDUCTION OF ADDITION ENERGIES IN SINGLE-MOLECULE NANOJUNCTIONS // NANO LETT. - 2008. - V. 8. - N 11. - P. 3809 – 3814.

STOKBRO K. FIRST-PRINCIPLES MODELING OF MOLECULAR SINGLE-ELECTRON TRANSISTORS // J. PHYS. CHEM. C. - 2010. - V. 114. - N 48. - P. 20461 – 20465.

LIANG W. J., SHORES M. P., BOCKRATH M., LONG J. R., PARK H. KONDO RESONANCE IN A SINGLE-MOLECULE TRANSISTOR // NATURE. - 2002. - V. 417. - N 6890. - P. 725 – 729.

KOUWENHOVEN L. P., MARCUS C. M., MCEUEN P. L., TARUCHA S., WESTERVELT R. M., WINGREEN N. S. ELECTRON TRANSPORT IN QUANTUM DOTS // MESOSCOPIC ELECTRON TRANSPORT, L. L. SOHN, L. P. KOUWENHOVEN, G. SCHÖN (EDS. ). - N. Y. : KLUWER. - 1997.

MEIRAV U., FOXMAN E. B. SINGLEELECTRON PHENOMENA IN SEMICONDUCTORS // SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY. - 1996. - V. 11. - N 3. - P. 255 – 284.

FULTON T. A., DOLAN G. J. OBSERVATION OF SINGLE-ELECTRON CHARGING EFFECTS IN SMALL TUNNEL-JUNCTIONS // PHYS. REV. LETT. - 1987. - V. 59. - N 1. - P. 109 – 112.

SCOTT-THOMAS J. H. F., FIELD S. B., KASTNER M. A., SMITH H. I., ANTONIADIS D. A. CONDUCTANCE OSCILLATIONS PERIODIC IN THE DENSITY OF A ONE-DIMENSIONAL ELECTRON GAS // PHYS. REV. LETT. - 1989. - V. 62. - N 5. - P. 583 – 586.

R E E D M . A . , R A N D A L L J . N . , AGGARWAL R. J., MATYI R. J., MOORE, T. M. OBSERVATION OF DISCRETE ELECTRONIC STATES IN A ZERO-DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR NANOSTRUCTURE // PHYS. REV. LETT. - 1988. - V. 60. - N 6. - P. 535 – 537.

KLEIN D. L., ROTH R., LIM A. K. L., ALIVISATOS A. P., MCEUEN P. L. A SINGLEELECTRON TRANSISTOR MADE FROM A CADMIUM SELENIDE NANOCRYSTAL // NATURE. - 1997. - V. 389. - N 6652. - P. 699 – 701.

TANS S. J., DEVORET M. H., DAI H., THESS A., SMALLEY R. E., GEERLIGS L. G., DEKKER C. INDIVIDUAL SINGLE-WALL CARBON NANOTUBES AS QUANTUM WIRES // NATURE. - 1997. - V. 386. - N 6624. - P. 474 – 477.

BOCKRATH M., COBDEN D. H., MCEUEN P. L., CHOPRA N. G., ZETTL A., THESS A., SMALLEY R. E. SINGLE-ELECTRON TRANSPORT IN ROPES OF CARBON NANOTUBES // SCIENCE. - 1997. - V. 275. - N 5308. - P. 1922 – 1925.

KRUGLYAK YU., CONFIGURATION INTERACTION IN THE SECOND QUANTIZATION REPRESENTATION: BASICS WITH APPLICATIONS UP TP FULL CI // SCIENCERISE. – 2014. – Т. 4, N 2(4). – С. 98 – 115.

KRUGLYAK YU. A., CONFIGURATION INTERACTION IN THE SECOND QUANTIZATION REPRESENTATION: BASICS WITH APPLICATIONS UP TP FULL CI, CHAPTER 2 IN GLUSHKOV A. V., KHETSELIUS O. YU., KRUGLYAK YU. A. ET AL, CALCULATIONAL METHODS IN QUANTUM GEOMETRY AND CHAOS THEORY, PART 3, ODESSA, TES PUBLISHING HOUSE, 2015, PP. 43 – 84.




DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2017.3.111403

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Copyright (c) 2017 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)