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2025-05-27T11:30:44Z

Quantisierung -> Quantelung

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Ein '''Quantenpunktkontakt''' (engl. Quantum Point Contact; QPC) ist eine Verjüngung zwischen zwei ausgedehnten leitfähigen Bereichen, deren Breite im Bereich der Elektronenwellenlänge liegt. Er wurde erstmals 1988 von [[Bart van Wees]], Henk van Houten, [[Carlo Beenakker]] und Kollegen von der [[TU Delft]] und [[Philips Natuurkundig Laboratorium|Philips Research]]<ref>{{Literatur |Autor=B. J. van Wees ''et al.'' |Titel=Quantized conductance of point contacts in a two-dimensional electron gas |Sammelwerk=Phys. Rev. Lett. |Band=60 |Seiten=848 |Datum=1988 |DOI=10.1103/PhysRevLett.60.848}}</ref> und unabhängig von David Wharam und Mitautoren am [[Cavendish-Laboratorium]]<ref>{{Literatur |Autor=D. A. Wharam ''et al.'' |Titel=One-dimensional transport and the quantisation of the ballistic resistance |Sammelwerk=J. Phys. C |Band=21 |Seiten=L209 |Datum=1988 |DOI=10.1088/0022-3719/21/8/002}}</ref> untersucht. Heute stellen Quantenpunktkontakte ein grundlegendes Bauelement für Transportuntersuchungen in [[mesoskopisch]]en Strukturen dar.

== Aufbau ==
Ein Quantenpunktkontakt ist ein eindimensionales quantenmechanisches Gebilde, ähnlich dem [[Quantendraht]]. Er kann beispielsweise durch Aufbringen zweier nahe beieinander liegender metallischer Kontakte (Gates) auf einen modulationsdotierten (Al)GaAs-Wafer hergestellt werden. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Gates reduziert sich das [[Zweidimensionales Elektronengas|zweidimensionale Elektronengas]] der GaAs-[[Heterostruktur]] zu einer Dimension und wird drahtförmig.

Wird Strom durch den Quantenpunktkontakt geleitet, so nehmen am Ladungstransport in n-dotierten Halbleitern und Metallen praktisch nur Elektronen nahe der [[Fermiverteilung|Fermikante]] teil. Dies gilt umso strenger, je niedriger die Temperatur verglichen mit der Fermitemperatur ist. Den am Transport teilnehmenden Elektronen kann eine einheitliche Fermiwellenlänge zugewiesen werden. Da nur Elektronen einer bestimmten Wellenlänge am Transport teilnehmen, zeigt der Quantenpunktkontakt ähnliche Eigenschaften wie ein [[Hohlleiter]].

== {{Anker|Leitwertsquant}} Quantelung des Leitwerts ==
{{Infobox Physikalische Konstante
| Name = Leitwertsquant
| Formelzeichen = <math>G_0</math>
| Art = [[Elektrischer Leitwert]]
| WertSI = {{ZahlExp|7,748091729|-5|suffix=…|post=S}}
| Genauigkeit = (exakt)
| WertPlanck =
| Formel = <math>G_0 = \frac{2 e^2}h = \frac{2}{R_\mathrm K}</math><br />''R''<sub>K</sub> = [[Von-Klitzing-Konstante]]
| Anmerkung = Quelle: CODATA<ref name="CODATA" /><br />Nach einer anderen Definition ist <math>e^2/h</math> das Leitwertsquant.
}}
Bei Variation der Breite des Quantenpunktkontakts durch Veränderung der an die metallischen Gates angelegten Spannung kann stets nur eine ganze Zahl von [[Mode (Physik)|Moden]] am Transport teilnehmen. Jeder dieser Kanäle trägt zum [[Elektrischer Leitwert|elektrischen Leitwert]] bei. Da jede Mode einem quantenmechanischen Zustand entspricht, kann diese wegen des [[Pauli-Prinzip]]s zu einem bestimmten Zeitpunkt nur von jeweils zwei Elektron besetzt werden, eines in jeder der beiden möglichen [[Spin]]ausrichtungen. Dies führt dazu, dass der [[elektrischer Leitwert]] bei Veränderung der Gatespannung in Stufen von <math>2e^2/h</math> zunimmt. Diese Konstante bezeichnet man als '''Leitwertsquant'''.<ref group="A"><math>2e^2/h</math> ist die Definition des Leitwertsquants, wie sie von [[CODATA]] gegeben ist. Auch die Konstante <math>e^2/h</math> wird manchmal als Leitwertsquant bezeichnet.</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=C. W. J. Beenakker, H. van Houten |Titel=Quantum Transport in Semiconductor Nanostructures |Sammelwerk=Solid State Physics |Band=44 |Seiten=1-228 |Datum=1991 |DOI=10.1016/S0081-1947(08)60091-0 |arXiv=cond-mat/0412664}}

== Anmerkungen ==
<references group="A" />

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="CODATA">
{{Internetquelle
|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?conqu2e2sh
|titel=CODATA Recommended Values
|hrsg=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]]
|sprache=en
|abruf=2024-01-25}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Quantenphysik]]

Quantenpunktkontakt - Versionsgeschichte

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