Techniklexikon

Coulomb-Blockade

in sehr kleinen Strukturen aus leitfähigen Materialien (z.B. Quantenpunkten, Clustern) auftretender Effekt, bei dem für jedes weitere Erlektron, mit dem die Struktur beladen werden soll, wegen der elektrostatischen Wechselwirkung eine höhere Energie aufgewendet werden muss als für das vorherige. Steht diese Energie den Elektronen nicht zur Verfügung, so verhält sich die Struktur wie ein Isolator. Die mit der Coulomb-Blockade verbundene Energie ist nur in sehr kleinen Strukturen und bei tiefen Temperaturen grösser als das thermische Rauschen. Stimmt man unter diesen Bedingungen die Energie eines Quantenpunkts mit einer zusätzlichen Gate-Elektrode durch, so erhält man den in Abb.1 dargestellten Verlauf des Stromflusses. Jede Spitze entspricht einem weiteren besetzten Elektronenniveau (Abb. 2). Die ungleiche Höhe der Spitzen rührt von zusätzlichen quantenmechanischen Effekten her. Strukturen mit Coulomb-Blockade bilden die physikalische Basis für die Herstellung von Ein-Elektronen-Transistoren (Halbleiterheterostrukturen).

Coulomb-Blockade 1: Stromfluss durch einen Quantenpunkt mit Coulomb-Blockade in Abhängigkeit von der Gate-Spannung.

Coulomb-Blockade 2: Energieniveaus im Quantenpunkt mit Coulomb-Blockade (a) und im leitenden Zustand (b).