تعریف مجدد آمپر

به عنوان یک الکترون در واحد زمان

اندازه‌گیری جریان‌های کوچک فیزیکدان‌ها مایلند آمپر را ازطریق ایجاد یک منبع بسیار دقیق جریان الکتریکی که می‌تواند الکترون‌ها را به صورت تک‌تک رها کند، تعریف نمایند

به زودی می‌توان به لطف نانوابزار الکترونیکی جدیدی که فیزیکدانان در فنلاند و آمریکا ساخته‌اند، روشی جدید و دقیق‌تر برای تعریف واحد استاندارد بار، یعنی آمپر ارائه داد.

به‌گزارش «ستاد ویژه‌ی فناوری نانو» این گروه تحقیقاتی که رهبری آن را «جوکا پکولا» از دانشگاه «فناوری هلسینکی» و «دیمیتری اورین» از دانشگاه «استونی بروک» بر عهده دارند، یک ترانزیستور تک‌الکترونی ساخته‌اند که یک ولتاژ نوسانی را به جریان الکتریکی بسیار دقیق تبدیل می‌کند.

آمپر، ولت، و اُهم سه واحد اساسی الکتریسیته هستند. با وجودی که فیزیکدانان تعاریف میکروسکوپی پیشرفته‌ای برای ولت و اُهم ارائه داده‌اند (از طریق اندازه‌گیری ولتاژ جوزفسون و مقاومت کوانتومی هال) اندازه‌گیری‌های دقیق آمپر با استفاده از روشی صورت می‌گیرد که نوع بهبودیافته روش ابداعی در قرن نوزدهم می‌باشد.

در حال حاضر آمپر به‌عنوان جریانی تعریف می‌شود که وقتی از دو رسانای موازی هم که یک متر باهم فاصله دارند، عبور می‌کند، نیروی مشخصی میان این رساناها اعمال می‌کند. این یک اندازه‌گیری ماکروسکوپی است که شامل یک پیکربندی هندسی خاص از رساناها می‌باشد و این امر دقت اندازه‌گیری را محدود می‌کند.

اندازه‌گیری جریان‌های کوچک فیزیکدان‌ها مایلند آمپر را ازطریق ایجاد یک منبع بسیار دقیق جریان الکتریکی که می‌تواند الکترون‌ها را به صورت تک‌تک رها کند، تعریف نمایند. با وجودی که محققان قبلاً تلاش کرده‌اند تا چنین ابزار تک‌الکترونی را برای تعریف مجدد آمپر توسعه دهند، اما به دلیل سختی تشخیص چنین مقدار اندکی از جریان الکتریکی، در این کار ناموفق بوده‌اند.

حال «پکولا» و همکارانش یک ترانزیستور تک‌الکترونی ساخته‌اند که می‌تواند بر این مشکل غلبه کند. ابزار آن‌ها از یک جزیره‌ی رسانای کوچک تشکیل یافته است که به دو اتصال تونلی متصل است. الکترون‌ها می‌توانند از یکی از این اتصال‌ها تونلی وارد جزیره شده و از دیگری خارج شوند. این ابزار همچنین شامل یک الکترود گیت می‌باشد که می‌تواند جریان الکترون‌ها به این جزیره را با استفاده از اعمال ولتاژ کنترل کند.

هر اتصال تونلی دارای یک لایه‌ی عایق بسیار نازک است که الکترون‌ها می‌توانند به صورت مکانیک کوانتومی از آن تونل بزنند. این اتصالات آن چنان کوچک هستند که به دلیل دافعه‌ی میان الکترون‌ها بیش از یک الکترون نمی‌تواند در یک زمان از آن‌ها عبور کند؛ نتیجه‌ی حاصل، ایجاد یک ابزار تک‌الکترونی است. دمای این ابزار تا 1/0 درجه‌ی کلوین کاهش می‌یابد تا میزان نویز حرارتی به کم‌ترین مقدار خود برسد. این گروه تحقیقاتی یک ولتاژ ثابت را در این جزیره و اتصال‌های آن اعمال کردند. یک ولتاژ نوسانی نیز به الکترود اعمال می‌شود. تعداد دقیق الکترون‌هایی که در طول یک دوره‌ی نوسان از این ابزار عبور می‌کنند، با استفاده از دامنه و مقدار میانگین ولتاژ گیت تعیین می‌شود.