Британские физики разработали первый одноэлектронный насос на основе квантовой точки, выполненной из графена. Установка, собранная группой ученых из Национальной физической лаборатории (NPL) и Кембриджского университета, описана в статье в Nature Nanotechnology. Обзор публикации приводит Phys.org.
Одноэлектронный насос — микроэлектронное устройство, которое за один цикл своей работы подает на выход ровно один электрон. Скорость работы нового прибора составляет миллиард циклов в секунду. Это в тысячу раз превосходит показатели электронных насосов на базе алюминиевых проводников. Графеновое устройство обладает достаточной производительностью, чтобы определять эталонную величину силы тока в зависимости от заряда электрона.
Использование в качестве квантовой точки — полупроводника малой длины, обладающего квантовыми свойствами, — однослойного двумерного углерода (графена) впервые позволило создать стабильный одноэлектронный насос. Предложенные ранее насосы на базе полупроводниковых материалов обладали слишком большой теоретической погрешностью для измерения стандарта силы электрического тока.
Задача переопределения четырех основных единиц системы СИ — ампера, моля, кельвина и килограмма — через фундаментальные константы была поставлена на Генеральной конференции по мерам и весам осенью 2011 года. В настоящее время сила тока определяется через взаимодействие между бесконечно длинными проводниками в вакууме.
Эталонный ампер было предложено вычислять относительно элементарного электрического заряда (электрона), который является постоянным и равен 1,60217653 x 10-19 кулона. Под воздействием силы тока в один ампер через сечение проводника должен за одну секунду пройти заряд равный одному кулону.
Впервые о возможном использовании графена для уточнения физических величин, применяя квантовый эффект Холла, стало известно в 2011 году. Это произошло через год после того, как выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию за открытие нового материала, который они впервые получили в лабораторных условиях в 2004 году.