تصویر واقعی از حرکت دو بعدی الکترون

الکترون‌های دو بعدی در حرکت. این تصاویر از میکروسکوپ دریچه روبشی ‌حرکت الکترون‌های مقید به مرز دو بعدی را نشان می‌دهد که در یک کاواک» گوه‌ای شکل با کناره‌های باز جلو و عقب می‌روند. موجک‌ها اغلب ناشی از اثرات تداخلی امواج الکترونی در کاواک هستند. وقتی روبشگرِ ساختار ولتاژ پایینی دارد، تهاجمی ضعیف» است (چپ) و تصاویر در مقایسه با حالت تهاجمی قوی» -که اطلاعات مفید دیگری به دست می‌دهد- نرم‌تر و به ویژگی‌های ذاتی ساختار نزدیکترند.

یکی از راه‌ها برای مطالعه‌ی چگونگی حرکت الکترون‌ها در مواد، محدود کردن حرکت آن‌ها به دو بعد در راستای مرز بین دو کریستال نیمه‌رسانا است (مثل مزرعه‌ی مورچه‌ای» برای الکترون‌ها). اکنون ریچارد اشتاین‌آچر Richard Steinacher و همکارانش از موسسه فناوری فدرال سوییس (ETH) در زوریخ، روشی را برای تصویربرداری از این به اصطلاح گاز الکترونی دوبعدی (2DEG) ارتقاء داده‌اند. سیستم آن‌ها می‌تواند طرح رسانش ذاتی الکترون‌ها را نمایش داده و آن را از اثرات روبشگر probe جدا ‌کند.

روش میکروسکوپ دریچه روبشی scanning gate microscopy شامل فرستادن جریان به درون سیستم دوبعدی و ثبت چگونگی تغییرات جریان به هنگام جاروب شدن ناحیه‌ی تصویربرداری توسط روبشگر سوزنی شکل است. روبشگر -با پتانسیلی که الکترون‌ها را منحرف کرده یا دفع می‌کند- مانند یک مانع برای الکترون‌ها عمل کرده و این انحراف» بر روی میزان جریان اندازه‌گیری شده در ساختار دو بعدی تاثیر می‌گذارد. سپس هر نقطه بر اساس جریان اندازه‌گیری شده در لحظه‌ی حضور روبشگر در آن نقطه، رنگ آمیزی می‌شود. این سیگنال وقتی روبشگر به نواحی‌ای با چگالی‌ بالای الکترون‌ها می‌رسد از همه‌ جا قویتر است.

به طور معمول، لازم است ولتاژ روبشگر بسیار زیاد باشد به طوریکه تصویر را به هم می‌ریزد. اشتاین‌آچر و همکارانش ترتیبی داده‌اند که تصاویر را در محدوده‌ی وسیعی از ولتاژها از تهاجمی ضعیف» (شکل سمت چپ) تا تهاجمی قوی» (شکل سمت راست) تهیه کنند. تحلیل این شرایط متنوع، جزئیات برهمکنش روبشگر و سایر خواص 2DEG را به دست می‌دهد. وقتی اختلالات ناشی از روبشگر حذف شود، اثراتی نظیر طرح تداخلی موج الکترونی بیشتر آشکار خواهد شد.

این تحقیق در Physical Review B به چاپ رسیده است.

منبع

Image—The Real Deal on 2D Electron Motion