Nanonarzędzia mogą zmienić definicję prądu elektrycznego
Naukowcy z Wlk. Brytanii opracowali nowatorskie nanonarzędzie, które może zrewolucjonizować sposób, w jaki definiowany jest obecnie prąd elektryczny. Badania, których wyniki zostały zaprezentowane w czasopiśmie Nature Communications, pokazują, że zastosowanie specjalnie zaprojektowanych fali sterujących bramką może zwiększyć dokładność półprzewodnikowej pompy wykorzystującej kropkę kwantową. Naukowcy z National Physical Laboratory (NPL) i z Uniwersytetu w Cambridge opracowali precyzyjne prądy elektryczne za pomocą nanourządzeń. Tego typu pompa elektronowa potrafi wyłapywać pojedyncze elektrony i przenosić je przez barierę. W efekcie powstaje precyzyjnie zdefiniowany prąd elektryczny. Zdaniem naukowców to innowacyjne urządzenie manipuluje pojedynczymi elektronami w celu stymulacji prądu elektrycznego. Osiągnięcie to może potencjalnie zastąpić dzisiejszego ampera, który bazuje na pomiarach sił mechanicznych na przewodach elektrycznych. Zespół przetestował dokładny kształt impulsów napięcia sterujących pułapkowaniem i wyrzucaniem elektronów. Naukowcom udało się przyspieszyć ogólne tempo pompowania bez utraty dokładności dzięki temu, że powoli zmieniali napięcie przy pułapkowaniu elektronów, by następnie szybko je zmienić w czasie ich wyrzucania. Wynik? Pompowali niemal miliard elektronów na sekundę, co stanowi 300-krotny wzrost w stosunku do poprzedniego rekordu precyzyjnej pompy elektronowej, ustanowionego 16 lat temu przez amerykański Narodowy Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST). Naukowcy obliczyli prąd z dokładnością do jednej milionowej mimo faktu, że otrzymany prąd był niewielki, sięgając w sumie 150 pikoamperów (tj. 10 miliardów razy słabszy od prądu wykorzystywanego do zagotowania wody w czajniku). Ten bezprecedensowy wyniki jest drogocenny dla naukowców pracujących nad precyzyjną i szybką kontrolą pojedynczych elektronów, bowiem może doprowadzić do zmiany definicji jednostki ampera. "Nasze urządzenie przypomina pompę wodną, gdyż wytwarza przepływ za pomocą cyklicznego działania" - mówi Masaya Kataoka z Quantum Detection Group przy NPL. "Trudność polega na zapewnieniu, by w każdym cyklu był przenoszony dokładnie taki sam ładunek elektroniczny. Sposób, w jaki elektrony zachowują się w naszym urządzeniu, w dużym stopniu przypomina wodę. Jeżeli spróbujesz nabrać określoną objętość wody, powiedzmy filiżankę albo łyżkę, musisz to zrobić pomału inaczej część się wyleje. Dokładnie to samo działo się z naszymi elektronami, kiedy postępowaliśmy zbyt szybko". Wypowiadając się na temat wyników, autor naczelny Stephen Giblin z Quantum Detection Group przy NPL stwierdził: "Przez kilka ostatnich lat pracowaliśmy nad optymalizacją projektu naszego urządzenia i poczyniliśmy olbrzymi skok naprzód, kiedy precyzyjnie dostroiliśmy sekwencję czasową. Zasadniczo pobiliśmy rekord największego prądu z dokładnością do pojedynczego elektronu o współczynnik 300". "Chociaż przemieszczanie pojedynczych elektronów nie jest niczym nowym, udało nam się zrobić to znacznie szybciej z bardzo wysoką niezawodnością - miliard elektronów na sekundę z dokładnością poniżej jednego błędu na milion operacji. Wykorzystywanie sił mechanicznych do zdefiniowania ampera było niezwykle sensowne przez ostatnie mniej więcej 60 lat, ale teraz dysponujemy nanotechnologią do kontrolowania przemieszczanych przez nas pojedynczych elektronów".Więcej informacji: National Physical Laboratory (NPL): http://www.npl.co.uk/(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Uniwersytet Cambridge: http://www.cam.ac.uk/(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Nature Communications: http://www.nature.com/ncomms/index.html(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Zjednoczone Królestwo