Физиками была продемонстрирована возможность управлять электронами, которые летают над поверхностью жидкого гелия, с помощью полей, индуцированных поверхностными акустическими волнами в пьезоэлектриках. Учёные поместили тонких слой гелия на поверхности пьезокристалла ниобата лития, а транспорт электронной плотности детектировали с помощью дополнительного электрода.
Известно, что жидкий гелий обладает большим количеством необычайных физический явлений. Например, он помогает реализовать двумерный газ из электронов, парящих над его поверхностью на расстоянии около десяти нанометров, потому что у электронов имеется отрицательное сродство к гелию, а это не даёт им приблизиться к поверхности жидкости, а, с другой стороны, гелий слабо притягивает заряд из-за наличия у него отличной от единицы диэлектрической проницаемости.
В новом исследовании физики из Соединённых Штатов Америки под руководством Йоханнеса Полланена (Johannes Pollanen) из Мичиганского государственного университета продемонстрировали работоспособность предложенной ранее идеи, поместив слой жидкого гелия толщиной 70 нанометров на поверхность полированного результате появились поверхностные электроны, чью плотность ученые контролировали несколькими электродами, а чтобы избежать их утечки, жидкость была окружена дополнительным электродом, заряженным отрицательно.
Для детектирования изменений в электронной плотности на поверхности жидкого гелия, а также для дополнительного контроля, физики разместили под кристаллом три электрода, с одного из которых снимались показания акустоэлектрического тока. Увеличение концентрация электронов над электродом вызывает в нем приток положительного заряда, а ее уменьшение — отток.
В первую очередь авторы исследовали зависимость этого тока от частоты переменного напряжения, подаваемого на излучающий ВШП. Зависимость имела пиковый характер и повторяла таковую для коэффициента преобразования самого ВШП. Ее максимум наблюдался на 296 мегагерцах. Меняя конфигурацию установки и концентрацию электронов на поверхности, физики убедились, что детектируемый акустоэлектрический ток появляется исключительно из-за ПАВ.
Помимо прочего, ученые изменяли напряжение на среднем электроде, который назвали затвором по аналогии с полевым транзистором. Они выяснили, что при достаточно малом напряжении на затворе по сравнению с соседним электродом, акустоэлектрический ток перестает течь. Получившуюся конфигурацию авторы назвали акустоэлектрическим полевым транзистором.
Интегрируя ток по времени, они смогли сделать вывод о суммарном количестве перенесенного заряда. Оказалось, что его количество линейно зависит от мощности акустической волны. Для самой слабой волны длительностью 100 микросекунд физики добились переноса всего 80 тысяч электронов. Авторы надеются, что эта величина может быть уменьшена с помощью изменения ширины канала, а также с помощью добавления в установку одноэлектронных транзисторов.
Подробнее об этом можно прочитать в Nature Communications.
