Speaker
Mr.
Jorge Pablo Nacenta Mendivil
(Institut Neel, CNRS, UGA)
Description
Desarrollo de un microscopio de sonda de barrido “Single Electron Transistor”.
Jorge P. Nacenta-Mendivil1,2, Laurent P. Lévy1,2,*, Roman B.G. Kramer1,2
1Université Grenoble Alpes, Institut NEEL, F-38000 Grenoble, France
2CNRS, Institut NEEL, F38000 Grenoble France
* jorge.nacenta@neel.cnrs.fr
Introducción
Hemos desarrollado un microscopio de sonda de barrido adaptado para trabajar a muy bajas temperaturas (50mK) y altos campos magnéticos (18 T) para caracterizar propiedades de sistemas electrónicos bidimensionales dentro del campo de la materia condensada. La sonda consiste en un “Single Electron Transistor (SET)”, un dispositivo mesoscópico cuya combinación de propiedades cuánticas y electrostáticas lo hacen muy sensible en la detección de cargas eléctricas y propiedades electrónicas en la escala nanométrica [1, 2, 6]. Una de las etapas clave del desarrollo del microscopio, y que queremos presentar, es la fabricación reproducible de la sonda SET que permite su incorporación en el microscopio con un alto grado de éxito de una manera nunca antes realizada.
Un SET consiste en dos electrodos metálicos (fuente y sumidero) que polarizan dos uniones túnel conectadas en serie y separadas por una tercera zona metálica conocida como isla. Las uniones túnel se forman gracias a la existencia de una fina capa de material aislante (barrera túnel) entre los electrodos y la isla que pueden ser atravesadas por los electrones mediante efecto túnel cuántico. A ello se suma otro electrodo, llamado puerta, acoplado de forma capacitiva a la isla (Figura 1, a). Si a este efecto le añadimos las propiedades electrostáticas del sistema, con una polarización suficiente, los electrones son capaces de atravesar el sistema cuánticamente de uno en uno y por lo tanto se puede medir un corriente de solo algunos nano amperios. Si el potencial entre los electrodos es insuficiente el sistema impide el tránsito de electrones en lo que se conoce como bloqueo de Coulomb (Figura 1, b). En el límite entre ambas situaciones el SET es muy reactivo a pequeñas variaciones del potencial de su entorno, propiedad que le dota de su sensibilidad para la detección de cargas y electrones.
Para fabricar un SET utilizamos la conocida y extendida técnica de evaporación de Al sobre un sustrato en dos etapas sucesivas en direcciones opuestas y una oxidación intermedia (que define la capa aislante) gracias a un patrón definido mediante litografía de haz de electrones. Debido a la sencillez de éste método, su fácil acceso y al gran potencial del SET como sonda, varios grupos han intentado ingeniar una receta que permita su uso en microscopía [3, 4, 5]. Hasta ahora solo el grupo de A. Yacoby en Harvard lo había conseguido, en este caso, evaporando Al sobre el extremo de una fibra óptica pero sin la posibilidad de incluir un electrodo puerta [1].
Nosotros lo hemos logrado fabricando el SET en un extremo afilado de un substrato de Si/SiO2 con la receta clásica combinada con una sucesión de grabados químicos de SiO2 y Si (Figura 1). Los resultados son reproducibles y con un gran número de sondas útiles. Presentamos además los diagramas de Coulomb de los SET elaborados de esta manera, mostrando una gran energía almacenada asociada a las pequeñas uniones túnel formadas (~30 x 30 nm2).
Agradecimientos
Agradecemos la financiación del “Laboratoire d’excellence LANEF in Grenoble (ANR-10-LABX-51-01) y a “Nanoscience Foundation”.
Referencias
[1] M. J. Yoo y al. Science 276 (1997) 579.
[2] A. Yacoby, H.F. Hess, T. A. Fulton, L. N. Pfeiffer, K.W. West. Solid State Communications 111 (1999) 1-13.
[3] H. T. A. Brenning et al. Nano Letters 6 (2006) 5.
[4] J. Weber, J. Weis, M. Hauser, K. v Klitzing. Nanotechnology 19 (2008) 375301.
[5] K. Suter, y al. Journal of microelectromechanical systems 19 (2010) 5.
[6] B. E. Feldman, B. Krauss, J. H. Smet, A. Yacoby Science 337 (2012) 1196.
Primary author
Mr.
Jorge Pablo Nacenta Mendivil
(Institut Neel, CNRS, UGA)
