اطلاعات کوانتومی/اصول کامپیوترهای کوانتومی/نانو ترانزیستورهای کوانتومی

ویکی‎کتاب، کتابخانهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
روش‌های دیگر نانو ترانزیستورهای کوانتومی مقدمه


مطالعات تئوری دانشگاه گلاسگو بیانگر این مسأله است که ترانزیستورهای مقیاس نانو توسط گردابه‌های کوانتومی که به طور غیرمنتظره و خود به خود شکل می‌گیرند، تخریب می‌شوند.

طبق اظهارات پروفسور جان بارکر از مرکز تحقیقات نانوالکترونیک گلاسگو، این اثرات کوانتومی در مقیاس ترانزیستورهایی اتفاق می‌افتد که در محصولات امروزی عرضه می‌شوند انتظار می‌رود این اثرات در ابعاد چند نانومتر دیده شود (البته نه مثلاً در حدود ۹۰ نانومتر).

بارکر با استفاده از نظریه میدان‌های رشته کوانتومی، سرعت موضعی جریان را به صورت نسبت چگالی موضعی جریان به چگالی موضعی بار، تعریف کرد. وی گفت: "ممکن است تصویر ساده‌ای که از این جریان ساخته می‌شود، به طور شگفت‌آوری شبیه تصویری باشد که برای توصیف سیالات کلاسیک به کار می‌رود." همان‌طور که انتظار می‌رود، در این مدل، جریان با ایجاد خطوطی در مسیر بین منبع و خروجی، در طول کانال حرکت می‌کند. امّا جریان علاوه بر این، باعث ایجاد گردابه‌هایی می‌شود که بارکر آنها را به عنوان "نواحی حبس‌شده‌ای از جریان چرخشی که جریان شبکه‌ای داخل کانال را متوقف می‌کند" توصیف می‌کند. معمولاً در کانال سیلیکونی MOSFET به طول ۲۵ نانومتر، گردابه‌هایی به قطر ۲ تا ۳ نانومتر پدید می‌آیند.

این گردابه‌ها در جریان‌های کوانتومی وقتی پدید می‌آیند که یک موج مجبور است، مثلاً با چرخیدن در گوشه‌های سیم، پراش حول یک اتم ناخالص یا در مجاورت با ناهمواری مرز اکسیدی گیت و کانال، اندازه حرکت زاویه‌ای به دست بیاورد یا از دست بدهد. بارکر گفت: اگر بتوانیم ابزارهای کاملی فاقد ناخالصی‌های گسسته و ناهمواری‌های مرزی بسازیم که فقط یک کانال متحدالشکل داشته باشد، آنگاه تداخل‌های موجی که باعث رشد گردابه‌ها می‌شوند، اتفاق نمی‌افتند.

تحقیقات گلاسگو نشان داده است که هر گرداب، ناحیه‌ای است که سرعت چرخش در یک انرژی داده شده به واحدهایی از ثابت پلانک تقسیم بر جرم الکترون، کوانتیزه می‌شود و میدان‌های چرخان وقتی توابع موج تصادفی باشند به علت عدم همدوسی از بین می‌روند.

به هر حال، چون اندازه حرکت زاویه‌ای یک گرداب کوانتیزه شده است، از بین بردن همدوسی بسیار سخت است و نیمه عمر این حالت‌های مختلف کاملاً طولانی است؛ به اندازه‌ای طولانی که برای عبور الکترون از قطعه کافی باشد؛ بنابراین در عمل، گردابه‌ها آنقدر باقی می‌مانند تا توسط لوله‌های گردابی سایر الکترون‌های متحرک در کانال جابه‌جا شوند.