多小的器件算「介观」?
同一只微小金属环,降温前后,电阻随磁场变化的曲线可能很不一样。环的直径没有变,变的是电子能在多长的距离上保留相位信息。
先比较三种长度
取两个电压探针之间的距离为器件长度 L。弹性平均自由程 ℓ 描述电子在散射改变其运动方向之前通常能走多远。相位相干长度 Lφ 则描述不同路径上的电子波还能保留相对相位、产生可观测干涉的距离。
要判断干涉能否显现,应把器件的相关几何尺度(例如环臂的长度)与 Lφ 相比。在扩散体系中,Lφ 表示电子在相干时间内扩散的典型空间距离;电子经过多次散射,实际走过的总路程可以长得多。材料、温度和无序都会影响这个比较。
散射以后,干涉还可能存在
当 L 远小于 ℓ,电子可以在很少发生散射的情况下穿过器件,这叫弹道输运。当 ℓ 远小于 L,电子在器件内多次改变方向,输运呈扩散特征。静态杂质造成的弹性散射可以改变运动方向,同时保留相干性。
比如,一个样品可以同时满足 ℓ ≪ L 和 L ≲ Lφ。这时电子经过多次散射,沿不同路径传播的波仍可能相互干涉。降温往往会削弱某些退相干过程,使这种干涉更容易看见。
测量示意与公式
ΔB = h / (e A)
对于均匀垂直磁场中的单电子 h/e 振荡,A 为环包围的有效面积,h 为普朗克常数,e 为元电荷。举例:若 A = 1.0 µm²,预期磁场周期约为 4.14 mT。这是估算示例,并非上述论文的实测值。
读一个实验:金属环里的磁通
Webb 等人在亚微米金环中观察到随磁通变化的磁阻振荡。电子波可以沿环的两臂传播并在出口相遇;穿过环孔的磁通改变两条路径的相位差。若要检验单电子绕环一周的解释,可以用显微图估算环的有效面积,再看实测振荡周期是否相符。仅凭一条振荡曲线,还不能排除其他磁输运机制。
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