M5 Transporte Cuántico

Tópico

Que la dimensión de esta nanoestructura, a lo largo de la dirección en la que conduce corriente eléctrica, se reduzca hasta quedar por debajo del camino libre medio de sus propios electrones de conducción hace que el transporte electrónico a través de ella deje de ser difusivo, como lo describe la conducción óhmica clásica que ya emplean, para un metal o para un cerámico, otros modelos de conjuntos de materiales distintos, y pase a ser un transporte cuántico: en este régimen, los electrones ya no dispersan aleatoriamente contra defectos e impurezas mientras atraviesan esta nanoestructura, sino que la atraviesan de manera coherente, sin perder esa coherencia cuántica en el camino. Que esta dimensión de esta nanoestructura se reduzca todavía más, por debajo de ese mismo camino libre medio, hace que este transporte cuántico domine de manera todavía más completa sobre cualquier resto de conducción óhmica clásica.

Que estos electrones atraviesen esta nanoestructura de manera coherente, sin dispersarse en el camino, es lo que constituye un canal balístico de conducción, y este mismo canal balístico produce, en este régimen, una conductancia cuantizada: la conductancia total de esta nanoestructura ya no varía de manera continua, sino que avanza en escalones discretos, cada uno de ellos un múltiplo entero del cuanto de conductancia, a medida que se abre un canal balístico adicional. Que se abra un canal balístico adicional dentro de esta nanoestructura hace que esta conductancia cuantizada suba, de manera abrupta, exactamente un cuanto de conductancia más.

Cuando, en cambio, esta nanoestructura interrumpe su continuidad con una barrera delgada, un tramo aislante o vacío demasiado corto como para detener por completo a estos electrones, la aproximación WKB es la que calcula la probabilidad de efecto túnel con la que cada electrón, a pesar de no tener la energía necesaria para superar esa barrera delgada de manera clásica, aparece igualmente del otro lado: esta misma probabilidad de efecto túnel es la que determina, según el modelo de Simmons, la corriente túnel que efectivamente atraviesa esta barrera delgada. Que esta barrera delgada sea todavía más delgada hace que, según esta misma aproximación WKB, esta probabilidad de efecto túnel sea mayor, y que esta corriente túnel, en consecuencia, también lo sea.

Por eso este modelo, con el transporte cuántico y la conductancia cuantizada con las que se abrió, describe el comportamiento eléctrico ideal de esta nanoestructura, que contrasta directamente con la conducción óhmica clásica de un metal o de un cerámico macroscópicos: mientras que en esos materiales macroscópicos la conductancia depende de manera continua de la geometría de la muestra, aquí depende, en cambio, del número entero de canales balísticos abiertos. Que esta conductancia cuantizada, con la que se abrió este modelo, quede sin embargo interrumpida de manera anómala cuando esta nanoestructura es lo bastante pequeña y está lo bastante débilmente acoplada como para que la energía de carga de un solo electrón se vuelva significativa hace que otro modelo distinto de este conjunto describa, en ese caso particular, un bloqueo de Coulomb que este transporte cuántico ideal, por sí solo, no contempla.

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