Kvanttisähkökapasitanssin

Kvanttisähkökapasitanssi viittaa kvanttimekaanisiin ilmiöihin, jotka vaikuttavat kondensaattoreiden ja muiden sähkövarausta varastoivien laitteiden toimintaan. Perinteisessä sähköopissa kapasitanssi on suoraan verrannollinen varaukseen ja kääntäen verrannollinen jännitteeseen. Kvanttitasolla tämä suhde monimutkaistuu johtuen elektronien kvantittuneesta luonteesta ja energia-asteikoista.

Yksi keskeinen kvanttisähkökapasitanssiin liittyvä käsite on varauksen kvantittuminen. Kondensaattoriin varastoituvaraus ei voi olla mielivaltainen, vaan se koostuu erillisistä elektroneista. Tämä kvantittuminen on erityisen merkittävää nanomittakaavan laitteissa, joissa varauksen yksikkö (elektroni) muodostaa merkittävän osan kokonaisvarauksesta. Tällöin kapasitanssi ei olekaan jatkuva funktio, vaan se voi vaihdella diskreettien askelten mukaan.

Toinen tärkeä ilmiö on tunnelointi. Kvanttimekaniikan sallima tunnelointi voi vaikuttaa varauksen siirtymiseen kondensaattorin levyjen välillä, erityisesti jos eriste on riittävän ohut. Tämä voi johtaa vuotovirtoihin tai epälineaariseen varautumiseen ja purkautumiseen, muuttaen näin laitteen tehokasta kapasitanssia. Kvanttitasolla myös Coulombin repulsiovoima varauskvanttien välillä tulee huomioitavaksi, vaikuttaen varausjakautumaan ja sitä kautta kapasitanssiin.

Kvanttisähkökapasitanssin ymmärtäminen on olennaista kehitettäessä uuden sukupolven elektronisia komponentteja, kuten kvanttitietokoneiden kubitteja ja herkkiä antureita. Nämä ilmiöt tarjoavat sekä haasteita että mahdollisuuksia nanoteknologian sovelluksissa.