diatur dengan menambahkan tegangan pada gerbang, Tarucha mengamati pengaruh medan megnet pada efek Kondo dalam quantum dot. Pengamatan
adanya efek Kondo yang tidak diharapkan muncul dalam quantum dot beberapa elektron yang terdiri dari state spin singlet dan triplet, yang mana perbedaan
energi dapat diatur dengan medan magnet. Pada area tertentu penumbuhan quantum dot semikonduktor dalam medan megnet tinggi memberikan efek kondo
yang cukup kuat. L.P. Kouwenhoven dan Marcus, 1998
Suatu quantum dot dapat digandengkan satu sama lain secara elektrostatik danatau terobosan tanggul membentuk suatu molekul buatan artificial molecule.
Pada molekul buatan quantum dot elektron-elektron dapat bergerak antara dot-dot yang terpisah dan interaksi elektronik secara kuat mempengaruhi distribusi
muatan. Pengamatan struktur kulit dan berlakunya aturan Hund pada sistem dot ganda vertikal dengan simetri lingkaran juga telah dilakukan. Pada saat tanggul
cukup kecil dan kopling kuat maka state-state elektron dalam sistem tidak terlokalisasi dan molekul quantum dot dianggap sebagai atom buatan tunggal. Jika
dot-dot tersebut terkopel lemah secara kuantum, maka state-state elektron dalam sistem biasanya terlokalisasi, meskipun dot-dot tersebut dapat dikopling secara
elektrostatik. L.P. Kouwenhoven dan Marcus, 1998
3.5 Transistor Elektron
Tunggal Single Elektron Transistors, SETs
Transistor elektron tunggal ditemukan pada saat Kastner [2000] mengamati perilaku berbeda pada transistor yang sangat kecil pada temperatur rendah sekitar
100 mK. Transtor biasa FET akan berada pada kondisi ‘on’ hanya sekali saat efektron ditambahkan dan ’off’ saat elektron dipindahkan, sedang pada SETs
akan terjadi kondisi ‘on’ dan ‘off’ bergantian setiap saat ketika sebuah elektron ditambahkan pada transistor M. A. Kastner, 2000.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11: Skema SETs Kawat Wires dihubungkan dengan source dan
drain, dengan elektroda pengungkung dan juga dengan elektron gerbang M. A. Kastner, 2000.
Esensi dari SETs adalah blockade Coulomb dan penerobosan elektron tunggal yang muncul dari energi penambahan muatan pada transport elektron ke
area konduktif yang sangat kecil Island. Secara skematik, transistor elektron
tunggal dapat ditunjukkan pada Gambar 3.11. Saat tegangan elektroda gerbang
gate electrode dinaikkan, potensial akan minimum dan elektron-elektron akan terperangkap semakin dalam. Hal ini menyebabkan jumlah elektron yang
terperangkap semakin banyak. Kemudian muatan yang terperangkap naik secara bertahap dan diskret, seperti ditunjukkan pada konduktansi antara source dan
drain. Kuantisasi energi menjadi penting jika elektron terperangkap kadalam volume kecil. Spektrum aras energi dapat diukur secara langsung dengan
mengamati penerobosan arus pada tengangan gerbang V
g
tertentu sebagai fungsi tegangan drain-source V
ds.
Arus mulai mengalir saat energi Fermi pada source dinaikkan sampai diatas aras kuantisasi pertama M. A. Kastner, 2000.
3.6 Model Quantum Dot Elektron Tunggal
Dengan dimensi yang hanya 1 samapai 100 mm dan berisi sejumlah elektron quantum dot semikonduktor sering digambarkan sebagai atom buatan. Sebuah
elektron dalam quantum dot dapat digambarkan dengan fungsi gelombang kuantum yang sama dengan penggambaran elektron pada atom tunggal, meskipun
energinya berkembang secara koheren meliputi kekisi inti atomik. Kerapatan
Universitas Sumatera Utara
elektron dapat diatur melalui doping, eksitasi optik maupun medan listrik luar menjadi sangat tinggi kerena elektron terkungkung untuk semua arah.
Pengungkungan kuantum secara total ini berpengaruh besar terhadap interaksi antar elektron dengan lingkungan maupun interaksi elektron dengan medan luar.
L.P. Kouwenhoven dkk, 2001.
Elektron-elektron dalam atom buatan dapat dicacah satu persatu saat mereka bergerak menuju dot. Penambahan elektron kedalam dot ini memerlukan
energi yang ekstra besar. Alasan pertama adalah karena elektron-elektron dalam dot sendiri mempersulit elektron lain untuk masuk ke dot. Saat satu elektron
ditambahkan tolakan Coulomb akan naik, sehingga lebih banyak dibutuhkan energi untuk memasukkan elektron ke dot charging energy. Alasan kedua
datang dari prinsip eksklusi Pauli yang menyatakan bahwa elektron-elektron dalam dot harus memiliki aras energi berbeda sehingga elektron tambahan
haruslah menempati aras energi yang lebih tinggi L.P. Kouwenhoven dkk, 2001.
Model quantum dot semikonduktor yang dibahas dalam tesis S2 ini mengikuti asumsi-asumsi sebagai berikut :
1. Elektron-elektron dalam 2DEG mengalami generasi dan hanya menempati
sub-pita pertama sementara elektron-elektron valensi diasumsikan penuh. Kondisi ini memerlukan temperatur dan rapat elektron rendah yang
biasanya dipenuhi dalam eksperimen. 2.
Gas elektron dipastikan berkarakter dua dimensi dan terkungkung penuh dalam bidang sambungan heterogen pada substrat GaAs. Asumsi ini cukup
berasalasan karena untuk penerapan 2DEG energi Fermi dalam GaAs dan AlGaAs berkaiatan dengan panjang gelombang de Broglie. Akibatnya,
perhitungan akan tereduksi, masalah 2DEG murni yang sudah banyak dikenal.
3. Rapat muatan donor konstan dan tidak bergantung pada tengangan
gerbang yang berarti bahwa elektron donor terionisasi penuh.
Universitas Sumatera Utara
4. Struktur quantum dot semikonduktor diasumsikan dalam kesetimbangan
termal sehingga potensial kimia bernilai konstan secara keseluruhan. 5.
Pengungkungan elektron pada arah-z diasumsikan jauh lebih kuat dari pada pengungkungan pada bidangnya. Dinamika elektron yang berosilasi
secara isotropik pada bidang terserbut mengikuti simetri lingkaran.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
ELABORASI PENELITIAN TEORITIS
4.1. Quantum Dot Tanpa Medan Magnet Luar
