Кулоновская блокада. Кулоновская блокада с одним туннельным переходом.

Кулоновской блокадой называется отсутствие тока через туннельный переход при наличии внешнего напряжения, если туннелированию электроновпрепятствует их кулоновское взаимодействие.

Рассмотрим туннельный переход металл (М1) – диэлектрик – металл(М2) (рис. 3.12). Пусть первоначально система не заряжена. Систему можнорассматривать как конденсатор с некоторой емкостью С. Если перенестиэлектрон е– с пластины Ml на М2, то конденсатор окажется заряженным. Перенос заряда требует энергии Δ Е, так как происходит против сил взаимодействия с положительным зарядом, возникающим на пластинеMl(рис. 3.12, а).Эта энергия равна энергии заряженного конденсатора:

Величина Δ Е называется энергией одноэлектронной зарядки (кулоновским зазором).Если приложить к пластинам напряжение U (рис. 3.12, б) и постепенноувеличивать его, то на пластинах станут накапливаться заряды. При этом донекоторого значения U = Uk туннельный ток через переход не возникает, таккак работа сил поля источника напряжения при перемещении электрона спластины Ml на пластину М2 по величине остается меньше работы противкулоновских сил отталкивания. Иными словами, протеканию туннельноготока препятствует кулоновская блокада. Блокада будет «прорвана», когда напряжение U достигнет значения Uk, определяемого соотношением

Напряжение Uk называется напряжением кулоновской блокады. После«прорыва» блокады туннелирует один электрон, затем снова накапливаетсязаряд на пластинах и т.д. Электроны туннелируют через переход по одному.Наблюдение эффекта кулоновской блокады возможно в условиях, когдаэнергия теплового движения электронов недостаточна для преодоления блокады: