Uusi julkaisu tieteen huippufoorumilla: tarkka ja nopea yksielektronipumppu

Nanorakenteissa havaittavilla yksielektroni-ilmiöillä voi olla vallankumouksellinen rooli uudistettaessa sähkövirran yksikön ampeerin määritelmää kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI). Ampeeri tullaan määrittelemään kiinnittämällä alkeisvarauksen e arvo. Tällöin suoraviivainen tapa toteuttaa ampeeri käytännössä on synnyttää sähkövirta I = ef pumppaamalla elektroneja yksitellen taajuudella f. Yksi tapa tämän toteuttamiseen on ns. SINIS-kääntöportti, jota MIKES kehittää aktiivisesti, mutta äskettäin MIKES osallistui tutkimukseen, jossa saavutettiin hyvin lupaavia tuloksia vaihtoehtoisella, piipohjaiseen nanorakenteeseen perustuvalla menetelmällä.

SI-mittayksiköt ja niiden määrittelemiseen käytettävät tai ehdotetut perusvakiot.

Suomalais-australialaisena yhteistyönä tehty kokeellinen tutkimus tuo elektronien lukumäärään perustuvan sähkövirran mittanormaalin askeleen lähemmäksi. Työssä elektronien pumppaus toteutettiin piipohjaisella kvanttipistetransistorilla. MIKES suoritti koejärjestelmän kriittisten komponenttien ja mittalaitteiden karakterisointimittaukset, joiden avulla varmistettiin pumpun virran jäljitettävyys SI-yksiköihin. Laitteella pystyttiin pumppaamaan jopa 500 miljoonaa elektronia sekunnissa tarkkuudella, jota rajoitti mittauslaitteiston satunnaiskohinan aiheuttama epävarmuus. Pumppausnopeus on riittävä moniin metrologisiin tarpeisiin, kuten esimerkiksi kvanttimetrologiakolmion sulkemiseen, mutta tarkkuutta ja sen määrittämistä täytyy vielä parantaa. Tarkkuuden parantamiselle ei ole esteitä näkyvissä. Tutkimustulokset julkaistiin hiljattain arvostetussa Nano Letters -lehdessä.

Suomesta mukana olivat:

Tuomo Tanttu, Kuan Yen Tan ja Mikko Möttönen, Aalto-yliopisto
Ilkka Iisakka, Mittatekniikan keskus

Alkuperäisviite työhön, jossa elektronipumppaus julkaistiin:

Alessandro Rossi, Tuomo Tanttu, Kuan Y Tan, Ilkka Iisakka, Ruichen Zhao, Kok Wai Chan, Giuseppe Carlo Tettamanzi, Sven Rogge, Andrew S. Dzurak, and Mikko Möttönen, ”An ac-curate single-electron pump based on a highly tunable silicon quantum dot”, Nano Letters, DOI: 10.1021/nl500927q, (2014).
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl500927q

Lisätiedot:

tutkija Ilkka Iisakka, ilkka.iisakka*at*vtt.fi, p. +358 2950 54405
dosentti Mikko Möttönen, mikko.mottonen*at*aalto.fi, p. +358 50 594 0950