ينظر النموذج الميكانيكي الكمومي للذرة إلى الإلكترونات داخل الذرة على أنها موجات، وليس كجسيمات كما كان يعتقد سابقًا، لهذا السبب يمكن وصف الإلكترونات بأنها ذات احتمالية عالية للبقاء في مدارات معينة أو مناطق من الفضاء داخل الذرة.
ما هو النقل الالكتروني
قياسات النقل الكمي هي إجراءات معقدة ذات أهمية زمنية والتي تبحث في سلوك الإلكترونات في درجات حرارة منخفضة وبأبعاد منخفضة، وتتشكل خطوات نقل الإلكترونات بثلاث خطوات وهي توليد القوة المحركة للبروتون، وعن طريق تخليق ATP عن طريق التناضح الكيميائي وتقليل الأكسجين.
يوجد هناك أربع فئات لنقل الإلكترون تتمثل بنقل الإلكترون في المجال الداخلي ونقل الإلكترون الخارجي ونقل الإلكترون غير المتجانس وناقل الإلكترون المتجه.
نقل الإلكترون أحادي البعد
قام العلماء بتقنية الضغط الكهروستاتيكي لغاز الإلكترون في تكوين معين، حيث ساعدهم ذلك في دراسة كيفية تصرف الإلكترونات عندما تكون في بيئة ذات بُعد واحد أو بيئة صفرية الأبعاد، ففي أحد الأبعاد يكون التأثير الأكثر لفتًا للانتباه هو تكميم الموصلية الباليستية وهذا تأثير أحادي الإلكترون، حيث يساهم كل نطاق فرعي ميكانيكي كمي منقول (2e2 / h) في التوصيل.
والأكثر إثارة للدهشة تأثير دوران جديد يسمى البنية 0.7، والتي تنشأ من الطريقة التي تتفاعل بها الإلكترونات مع بعضها البعض، حيث تشمل الظواهر المحددة للتوصيل الكمي في قناة أحادية الأبعاد:
- يُظهر الإدخال الأيمن السفلي البنية “0.7”إثبات أن مزيجًا من نمو تنضيد بالحزمة الجزيئية والطباعة الحجرية عالية الدقة لشعاع الإلكترون يمكن أن ينتج بنى نانوية عالية الجودة، حيث يمكن حصر الإلكترونات في منطقة ذات هندسة متغيرة مع تكميم الحجم المرتبط في كل من الأبعاد 1 و 0.
- في أحد الأبعاد يتبين أن كمال البنية غير المتجانسة هو (GaAs-AlGaAs)، بحيث يمكن ملاحظة ما يصل إلى 30 مستوى كميًا ينتج كل منها ناقلًا كميًا.
- يؤدي الحد من الاضطراب إلى ملاحظة هضبة أو هيكل إضافي أسفل التكمية الأولى، والتي لا يمكن تفسيرها بنظرية الإلكترون الواحد.
- عن طريق زيادة جهد القيادة عبر جهاز باليستي أحادي الأبعاد، من الممكن رفع انحلال الزخم ومراقبة الإلكترونات، وهي تنجرف في اتجاه واحد فقط، إذ يمكن أن يؤدي هذا إلى تأثيرات دوران غير عادية لأن غياب تشتت الدوران يسمح للإلكترونات بتشكيل خط مستقطب سيني.
- تتيح زيادة عرض عينة ذات بعد واحد للإلكترونات حرية استرخاء الموضع لتقليل التنافر الإلكتروستاتيكي والتأثير الصافي هو تشكيل أطوار مختلفة تتميز بطوبولوجيا مختلفة، على سبيل المثال مع زيادة العرض تنقسم القناة إلى خطوط منفصلة من الإلكترونات لكل منها توصيل كمي، ويمكن ملاحظة الانتقال من خط أحادي البعد إلى مصفوفة ثنائية الأبعاد.
نقل الإلكترون في النقاط الكمومية
كانت المجموعة رائدة في بعض الأعمال المبكرة على النقاط الكمومية، حيث انه باستخدام بوابات على بنية غير متجانسة (GaAs GaAlAs) من الممكن احتجاز إلكترونات مفردة في جهد محدد جيدًا، وذلك من خلال مجموعة من طبقات أشباه الموصلات والفولتية المطبقة على البوابات، ومن خلال تحديد قناة (1-D) بجوار النقاط، حيث يمكن قياس حركة الإلكترون المفردة داخل وخارج النقاط.
لقد تبين مؤخرًا جهازًا آليًا خلويًا يتكون من أربع نقاط وكاشفين، فالعلماء يبحثون في التفاعلات بين زوج واحد من النقاط وجارها، فعندما يتم استقطاب زوجًا واحدًا من النقاط يتسبب التفاعل مع جاره في استقطاب هذا الزوج من النقاط، وقد تم اقتراح هذه العملية كشكل جديد من أشكال هندسة الحوسبة، إذ أن اقتران مثل هذا تم اقتراحه كطريقة لتقليل إزالة الطور، بحيث يمكن لمثل هذا الهيكل أن يشكل أساس كمبيوتر كمي بأوقات تماسك طويلة.
بالإضافة إلى ذلك، لقد عمل العلماء على جعل هذه الهياكل قائمة بذاتها حتى يتمكنون من تحديد كمية الفونونات وتعديل تفاعلات الإلكترون والفونون.
النقل الإلكتروني ثنائي الأبعاد الميزوسكوبي
يسمح نمو الهياكل غير المتجانسة (GaAs-AlGaAs) التي تحتوي على غاز إلكترون ثنائي الأبعاد بالتحقيق في مجموعة من التأثيرات التي يتحكم فيها تغيير المسافة بين غاز الإلكترون والمشتقات في اضطراب الخلفية، حيث يشير تحليل التوصيل إلى أنه عندما تكون الشوائب قريبة من نظام الإلكترون يكون الاضطراب قصير المدى، ولكن مع زيادة المسافة بين الشوائب والإلكترونات يصبح الاضطراب تدريجياً أطول مدى.
الانعكاس المفاجئ في درجة حرارة يعتمد على المقاومة، فعلى نطاق السلوك الوسيط تبين أن العينات تبدو صغيرة ولكنها لا تزال ثنائية الأبعاد، فعندما تكون الشوائب قريبة من الواجهة ويكون الاضطراب قويًا يكون زيادة التوصيل مع تركيز الناقل تحتوي على طفرات دورية في جهد البوابة، والتي تتوافق مع كولوم بلوكاد بسبب الإلكترونات المحاصرة في التقلبات المحتملة.
ومع انخفاض الاضطراب تختفي النتوءات ويظهر نمط تذبذب يظهر بشكل دوري أكثر في فصل الإلكترون، وقد يشير هذا التأثير إلى أن الإلكترونات تحاول تكوين مصفوفة دورية تؤدي إلى استقرار معزز في تكوينات معينة، حيث إن هذا النظام حديث للغاية ويؤدي إلى ظهور ظواهر فيزيائية جديدة وهي:
- الجوانب الرئيسية للسلوك في نظام النقل المعدني، حيث تزداد مقاومة العينة بسرعة مع انخفاض درجة الحرارة بسبب التوطين لتصل إلى الحد الأقصى، ثم تنخفض إلى قيمة مستقلة عن درجة الحرارة عند درجات الحرارة المنخفضة.
- يشير هذا إلى الانتقال من إلكترون واحد إلى حركة إلكترون جماعية، حيث توجد شبكة من السبينات المحبوسة ذات الأصل غير المعروف في البنية غير المتجانسة، مما يؤدي إلى ملاحظة مدارات الإلكترون التي تدور حول هذه الدورات المحاصرة وهذا هو تأثير أهارونوف-بوم، وتكون هذه السبينات إما في مجموعة مغناطيسية حديدية أو مضادة للمغناطيسية الحديدية بسبب اقتران تفاعل (RKKY).
نظرية الكم لنقل الإلكترون من خلال نقطة الكم أحادية المستوى
يتم تقديم نهج جديد في النظرية الكمومية للأجهزة الإلكترونية النانوية قليلة الإلكترون في نهج (S-matrix) في مثال بسيط، هو ترانزستور أحادي الإلكترون يتكون من نقطة كمومية أحادية المستوى متصلة مع اثنين من الخيوط المعدنية من خلا مقابلة الحواجز المحتملة.
تمت دراسة نقل الإلكترون عبر النقطة الكمومية بسبب نفق الإلكترون بين النقطة والخيوط، إذ يؤخذ التنافر القوي لكولوم بين الإلكترونات في النقطة في الاعتبار تمامًا، بينما تتم دراسة النفق بين النقطة والخيوط التي تعتبر اضطرابًا صغيرًا عن طريق نظرية الاضطراب.
لتلخيص سلسلة نظرية الاضطراب اللانهائي يتم تطبيق تقنية الوظيفة الخضراء ومعادلة هايزنبرغ لحركة فناء الإلكترون ومشغلي الخلق، إذ تتضمن عناصر المصفوفة لعمليات الانتقال كلا من المصطلحات المباشرة والعبيرية، بحيث لا تكون هناك حاجة لاستخدام التقريب غير المتقاطع (NCA)، إذ يتم اشتقاق التعبير الصريح عن تيار نقل الإلكترون.
يتم تفسير النقل الالكتروني عن طريق النقل المتسلسل للإلكترونات، خاصة عن طريق السيتوكرومات في التنفس الخلوي من ركيزة مؤكسدة إلى الأكسجين الجزيئي عن طريق سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال.
