Elektronenkanalen

Elektronenkanalen zijn paden waardoor elektronen zich kunnen bewegen onder invloed van elektrische velden in een materiaal. In solid-state physics en nano-elektronica verwijst de term naar discrete transportkanalen die de geleiding van een nanostructuur bepalen. Ze onderscheiden zich van ionkanalen uit de biologie, die ionen door membranen laten stromen.

Op nanoschaal verloopt transport vaak via kwantumkanalen. De conductantie kan stapgewijs toenemen wanneer meer kanalen beschikbaar komen; elk kanaal draagt bij aan een kwantum van conductantie, G0 = 2e^2/h. Dit fenomeen wordt waargenomen in systemen zoals quantum point contacts en one-dimensional kanalen in nanostructuren.

Een veelvoorkomend voorbeeld is een elektronkanaal in een MOSFET: bij voldoende poortspanning ontstaat een inversielaag aan het oppervlak van de halfgeleider waardoor elektronen kunnen stromen tussen bron en drain. In het n-kanaal-type MOSFET vormen zich elektronenkanalen die de geleidbaarheid regelen.

Veel gebruikte platforms zijn 2D-elektronengassen in GaAs/AlGaAs-heterostructuren, grafen en koolstofnanoribbons. In dergelijke systemen kunnen kanalen relatief lang en schoon blijven, waardoor kwantumtransport zichtbaar wordt, vooral bij lage temperatuur en in hoogzuivere apparaten. Bij hogere temperaturen verdwijnt de duidelijke kwantumstructuur door verstrooiing en phonon-interacties.

Toepassingen en onderzoek richten zich op fundamenteel begrip van quantumtransport en spintransport, en op de ontwikkeling van nano-elektronica en sensortechnologie.