Кулоновская блокада. Кулоновская блокада с двумя туннельными переходами различной прозрачности.

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

Это может быть металлический проводник с металлическим или полупроводниковым островком в его разрыве. Островок по своим размерам и

свойствам обычно соответствует квантовой точке, в которой локализованоопределенное количество электронов. Он имеет емкостную связь как с правым, так и с левым электродом, которая характеризуется соответственно емкостями CL и CR. Сам же островок имеет емкость С, которая равна сумме CL и СR. Как и в случае однобарьерной структуры, для двухбарьерной структурытакже существует определенный диапазон напряжений, в котором будет отсутствовать электрический ток вследствие кулоновской блокады переносаэлектронов. Однако симметрия вольт-амперной характеристики, типичнаядля однобарьерной структуры, будет нарушена дополнительными ограничениями на перенос электронов, связанными с разрешенными электроннымисостояниями в островке.

На вольт-амперной характеристике двухбарьерной структуры имеетсядиапазон напряжений, когда электрический ток в структуре не может протее кать. Это зависит от электронных свойств центрального островка.При маленьких размерах островка энергия Ферми в нем остается, вероятно, отличной от таковой в электродах. Это приводит к разнице электрохимических потенциалов Δ μ = μ I – μ L = μ I – μ R = e Δ U 0 (рис. 3.15, а). Причина конечного различия заключается в том, что перераспределение заряда востровке может быть присуще только μ I, кратному е / С. В макроскопическомобразце емкость С достаточно велика, так что е / С становится исчезающе малым и совпадение энергий Ферми в проводниках и квантовой точке при прохождении через переход будет почти точным.

В наноразмерных структурах ситуация равновесия приводит к тому, чтоуровни Ферми располагаются так близко, насколько это возможно, но Δ U 0остается все еще значительной величиной в диапазоне Δ U 0 < е /2 С. Это рассогласование энергий Ферми ведет к асимметрии вольтамперныххарактеристик.