conducción balística
En la física mesoscópica , la conducción balística ( transporte balístico ) es el flujo (o transporte ) sin obstáculos de portadores de carga (generalmente electrones ), o partículas portadoras de energía, a través de distancias relativamente largas en un material. En general, la resistividad de un material existe porque un electrón, mientras se mueve dentro de un medio, es dispersado por impurezas, defectos , fluctuaciones térmicas de iones en un sólido cristalino o, en general, por cualquier átomo/molécula que se mueve libremente que compone un gas. o líquido. Sin dispersión, los electrones simplemente obedecen la segunda ley de movimiento de Newton envelocidades no relativistas .
La trayectoria libre media de una partícula se puede describir como la longitud media que la partícula puede recorrer libremente, es decir, antes de una colisión, que podría cambiar su momento. El camino libre medio se puede aumentar reduciendo el número de impurezas en un cristal o bajando su temperatura. El transporte balístico se observa cuando el camino libre medio de la partícula es (mucho) más largo que la dimensión del medio a través del cual viaja la partícula. La partícula altera su movimiento sólo al chocar con las paredes . En el caso de un cable suspendido en aire/vacío, la superficie del cable juega el papel de la caja.reflejando los electrones y evitando que salgan hacia el espacio vacío/aire libre. Esto se debe a que hay que pagar una energía para extraer el electrón del medio ( función de trabajo ).
La conducción balística se observa típicamente en estructuras cuasi-1D, como nanotubos de carbono o nanocables de silicio , debido a los efectos de cuantización de tamaño extremo en estos materiales. La conducción balística no se limita a los electrones (oa los huecos), sino que también puede aplicarse a los fonones . En teoría, es posible que la conducción balística se extienda a otras cuasipartículas, pero esto no se ha verificado experimentalmente. Para un ejemplo específico, el transporte balístico se puede observar en un nanocable metálico : debido al pequeño tamaño del cable ( escala nanométrica o escala de 10 −9 metros) y el camino libre medio que puede ser más largo que el de un metal. [1]
La conducción balística difiere de la superconductividad debido a la ausencia del efecto Meissner en el material. Un conductor balístico dejaría de conducir si se apaga la fuerza impulsora, mientras que en un superconductor la corriente continuaría fluyendo después de desconectar el suministro impulsor.
En general, los portadores exhibirán conducción balística cuando sea la longitud de la parte activa del dispositivo (por ejemplo, un canal en un MOSFET ). es el camino libre medio para el portador que puede ser dado por la regla de Matthiessen , escrita aquí para electrones:
En términos de mecanismos de dispersión, normalmente domina la emisión de fonones ópticos , dependiendo del material y las condiciones de transporte. También hay otros mecanismos de dispersión que se aplican a diferentes portadoras que no se consideran aquí (por ejemplo, dispersión de fonones de interfaz remota, dispersión Umklapp ). Para obtener estas tasas de dispersión características, sería necesario derivar un hamiltoniano y resolver la regla de oro de Fermi para el sistema en cuestión.
