การคำนวณจำนวนอิเล็กตรอนเฉลี่ยในปั๊มอิเล็กตรอนเดี่ยวชนิดโลหะ โดยวิธีควอนตัมมอนติคาร์โล Calculation of average electron number on the metallic single electron pumps using the quantum Monte Carlo method

Abstract

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้ได้แสดงการคำนวณจำนวนอิเล็กตรอนเฉลี่ยในปั๊มอิเล็กตรอนเดี่ยว ด้วยวิธีการควอนตัมมอนติคาร์โล จากผลการคำนวณ พบว่า การเปลี่ยนแปลงจำนวนอิเล็กตรอนเฉลี่ยขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเกตทั้งสอง โดยลักษณะการเพิ่มขึ้นของปริมาณดังกล่าวได้สะท้อนผลของปรากฏการณ์ขัดขวางแบบคูลอมบ์ที่เกิดขึ้นในระบบ นอกจากนี้ แผนภาพเสถียรของปั๊มอิเล็กตรอนเดี่ยวสามารถสร้างได้โดยตรง จากภาพฉายของจำนวนอิเล็กตรอนเฉลี่ย บนระนาบของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเกตทั้งสอง ซึ่งแผนภาพเสถียรดังกล่าวสามารถแสดงเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงจำนวนอิเล็กตรอนเฉลี่ยในแต่ละเกาะโลหะ บริเวณการขัดขวางแบบคูลอมบ์และจุดทริปเปิลพอยท์ซึ่งเป็นจุดที่อิเล็กตรอนสามารถครอบครองได้ทั้งสามสถานะ ดังนั้น ในการศึกษาครั้งนี้ได้ยืนยันความสำเร็จของวิธีการควอนตัมมอนติคาร์โล ในการอธิบายปรากฏการณ์ขัดขวางแบบคูลอมบ์ที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์อิเล็กตรอนเดี่ยว คำสำคัญ : ปั๊มอิเล็กตรอนเดี่ยว  ปรากฏการณ์ขัดขวางแบบคูลอมบ์  ควอนตัมมอนติคาร์โล ABSTRACT In this research, the calculation of the average electron number on the metallic single electron pump using the quantum Monte Carlo method was undertaken. It was found that a change in the average electron number depends on gate voltages in such a way that the Coulomb blockade effect plays an important role in the system. Furthermore, stability diagrams of the single electron pump were directly constructed by projecting the average electron number into the two gate voltages’ plane. These stability diagrams showed the conditions of change for the average electron number on each island, Coulomb blockade regime, and triple points, where three adjacent states can be occupied. Therefore, our study confirms the success of the quantum Monte Carlo method as an accurate description of the Coulomb blockade effect in single electron devices. Keywords : single electron pump, Coulomb blockade, quantum Monte Carlo