Экспериментально изучена кулоновская блокада в латеральной квантовой точке, имеющей наименьшие к настоящему времени характерные размеры около 50 нм и содержащей счетное (меньше 10) число электронов. Точка изготовлена на основе высокоподвижного двумерного (2Д) электронного газа в гетеропереходе AlGaAs/GaAs на основе предложенной ранее авторами проекта идее размещения квантовой точки между тремя антиточками, расположенными в вершинах равностороннего треугольника. Для управления высотой барьеров, отделяющих точку от 2Д Ферми-морей, и числом электронов в ней был использован металлический затвор, напыляемый на верхнюю часть экспериментальной структуры. Число электронов в точке изменялось также боковым затвором, в качестве которого было использовано одно из 2Д Ферми-морей.
Проведено компьютерное моделирование пространственного распределения электростатического потенциала, учитывающее трехмерность реальной структуры.
 |
| Рис. 4. Распределение плотности электронов в латеральной квантовой точке на основе 2D электронного газа в гетеропереходе AlGaAs/GaAs для затворного напряжения Vg=0 B и Vg=-0,15 B (компьютерное моделирование). |
На рисунке 4 показаны его результаты в виде распределения плотности электронов в плоскости структуры для двух значений затворного напряжения. Плотность электронов дана в единицах 1011 см-2, а кординаты в нанометрах. Из рисунка видно, что точка, хорошо соответствует треугольной форме, даже когда она открыта (Vg = 0 V). Точка образована границами областей обеднения вокруг антиточек. Три вершины этого "треугольника" представляют собой седловые точки, через которые квантовая точка соединяется с соответствующими 2Д Ферми-морями. В описываемых условиях точка является открытой: в местах сужения уровень Ферми лежит выше дна зоны проводимости. Уже в этом состоянии площадь квантовой точки мала: S ≈ (6-8)*10-11 см2, максимальная концентрация электронов (в центре точки) оказывается существенно (в два раза) меньшей, чем в исходном 2Д электронном газе и быстро убывает к границам точки. Видно, что изолинии повышенной плотности имеют практически идеальную треугольную форму. Оценка числа электронов дает N = 10-15. Таким образом, квантовая точка, созданная предложенным способом, имеет малый размер и уже при Vg = 0 содержит небольшое число электронов. При приложении отрицательного затворного напряжения точка уменьшается. На втором рисунке показана точка при Vg = - 150 мВ, размеры которой меньше в полтора раза, а число электро-нов становится уже единичным (2-3). Проведен сравнительный анализ результатов описанного выше моделирования и экспериментов по измерению одноэлектронных осцилляций кондактанса при различных электростатических состояниях точки. Этот анализ указывает на возможность практической реализации латеральной квантовой точки, содержащей счетное число электронов. Обнаружено сильное уменьшение амплитуды одноэлектронных осцилляций в геометрии бокового управляющего затвора, когда точка переходит из закрытого состояния (усредненный кондактанс точки G << e2/h) в состояние с величиной G ≈ e2/h. В то же время амплитуда этих осцилляций по верхнему сплошному металлическому затвору остается значительной даже в открытом состоянии G ≥ 2e2/h. Этот результат указывает на возможное сильное влияние металлического затвора на взаимодействие электрона в точке с электронами из прилежащих к ней Ферми-морей.
