📄 معروضة نسخة «بسيط» — «مبسّط» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها. اطلب التحليل الكامل

قطرة معدن على سطح شبه موصل تشبه جزيرة في البحر. لكي يصل الإلكترون إلى هذه الجزيرة، يجب أن يدفع "رسومًا": تجاوز الحاجز الذي ينشأ لأن الجزيرة صغيرة جدًا، وأي شحنة إضافية تغير طاقتها بشكل كبير. تُعرف هذه الظاهرة باسم حصار كولوم (Coulomb blockade). وهي أساس الترانزستورات أحادية الإلكترون، حيث يتدفق التيار إلكترونًا واحدًا في كل مرة.

درس العلماء جزر الإنديوم على الفوسفور الأسود باستخدام مجهر مسح نفقي (scanning tunneling microscope) — وهو جهاز يتحسس السطح بإبرة على مسافة أقل من نانومتر. لاحظوا أن الحاجز أمام الإلكترون ليس موحدًا عبر الجزيرة بأكملها: في نقاط مختلفة يكون منزاحًا في الجهد ومنحنيًا بشكل مختلف. وبالمقارنة مع الحسابات، فهم الباحثون أن السبب هو اختلاف "دالة الشغل" (work function) بين الجزيرة والركيزة — أي الطاقة اللازمة للإلكترون للانفلات من المادة. ونتيجة لذلك، يكون المجال الكهربائي حول الجزيرة غير متماثل.

لذا، لضبط الأجهزة أحادية الإلكترون المستقبلية بدقة، يجب مراعاة ليس فقط حجم الجزر، ولكن أيضًا كيفية تفاعلها مع الركيزة. وإلا سيعمل الجهاز بشكل غير متوقع — مثل بوابة دوارة تعمل أحيانًا وأحيانًا لا.