Los investigadores de KAIST han informado de la detección de un movimiento de electrones de picosegundos en un transistor de silicio. Este estudio ha presentado un nuevo protocolo para medir la dinámica electrónica ultrarrápida en una forma efectiva de resolución de tiempo de resolución de picosegundos. La detección se realizó en colaboración con Nippon Telegraph and Telephone Corp. (NTT) en Japón y el Laboratorio Nacional de Física (NPL) en el Reino Unido y es el primer informe a nuestro leal saber y entender.

Cuando un electrón es capturado en una trampa a nanoescala en sólidos, su función de onda de la mecánica cuántica puede exhibir oscilación espacial en frecuencias sub-terahercios. La detección resuelta en el tiempo de tal dinámica de picosegundos de ondas cuánticas es importante, ya que la detección proporciona una forma de comprender el comportamiento cuántico de los electrones en nanoelectrónica. También se aplica a las tecnologías de la información cuántica, como la operación ultrarrápida de bits cuánticos de la computación cuántica y la detección de campos electromagnéticos de alta sensibilidad. Sin embargo, detectar la dinámica de picosegundos ha sido un desafío ya que la escala de sub-terahercios está mucho más allá de las últimas herramientas de medición de ancho de banda.

Un equipo de KAIST dirigido por el profesor Heung-Sun Sim desarrolló una teoría de la dinámica de electrones ultrarrápida en una trampa a nanoescala, y propuso un esquema para detectar la dinámica, que utiliza un estado resonante mecánico-cuántico formado al lado de la trampa. El acoplamiento entre la dinámica de electrones y el estado resonante se enciende y apaga en un picosegundo de modo que la información sobre la dinámica se lee en la corriente eléctrica que se genera cuando se enciende el acoplamiento.

NTT se dio cuenta, junto con NPL, el esquema de detección y lo aplicó a los movimientos de electrones en una trampa a nanoescala formada en un transistor de silicio. Un solo electrón fue capturado en la trampa controlando puertas electrostáticas, y se formó un estado resonante en la barrera potencial de la trampa.

La activación y desactivación del acoplamiento entre el electrón y el estado resonante se logró alineando la energía de resonancia con la energía del electrón en un picosegundo. Se midió una corriente eléctrica desde la trampa a través del estado resonante hasta un electrodo a solo unos pocos grados Kelvin, revelando la oscilación espacial coherente cuántica del electrón con una frecuencia de 250 GHz dentro de la trampa.

El profesor Sim dijo:"Este trabajo sugiere un esquema de detección de movimientos de electrones de picosegundos en escalas submicrónicas utilizando resonancia cuántica. Será útil en el control dinámico de ondas de electrones de la mecánica cuántica para diversos propósitos en nanoelectrónica". detección cuántica, e información cuántica ".

Este trabajo fue publicado en línea en Nanotecnología de la naturaleza el 4 de noviembre. Fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Investigación de Corea a través del Centro SRC para la Coherencia Cuántica en Materia Condensada.