為了形象地解釋什麼是庫侖阻塞現象(Coulomb blockade)，不妨首先考慮一種假想情況． 如果有一金屬微粒與其周圍外界在電學上是絕緣的， 只有在特定的條件下電子才可能從外面隧穿進入該金屬微粒．
基本介紹
- 中文名：庫侖阻塞效應
- 外文名：Coulomb blockade effects
- 現象名字：庫侖阻塞現象
- 條件：低溫、金屬微粒的尺寸足夠小
英文名稱：
Coulomb blockade effects
當金屬微粒的尺寸足夠小時它與周圍外界之間的電容C可小到10^-16 F的量級．在這種條件下每當單個電子從外面隧穿進入金屬散粒時(有時也稱它為孤立的庫侖島)， 它給庫侖島附加的充電能 e^2/C( e為電子電荷)可以遠遠大於低溫下的熱運動能量kT(k為玻耳茲曼常數，T是絕對溫度)．這樣就會出現一種十分有趣的現象：一旦某個電子隧穿進入了金屬微粒，它將阻止隨後的第二個電子再進入同一金屬微粒． 因為這樣的過程將導致系統總能的增加，所以是不允許發生的過程． 這就是庫侖阻塞現象． 很顯然，只有等待某個電子離開庫侖島以後，島外的另一個電子才有可能再進入． 這樣利用庫侖阻塞效應就有可能使電子逐個隧穿進出庫侖島，實現單電子隧穿過程． 庫侖阻塞概念的提出最早可以追溯到1951年． Gorter等人為了解釋顆粒狀金屬電阻隨溫度下降所表現出來的反常增加行為，假想材料中每個金屬微粒與其周圍的微粒在電學上是絕緣的，相互之間存在著隧穿勢壘． 他們認為直接利用前面提到的庫侖阻塞的簡單概念，可以解釋電阻反常增加的行為． 在提出庫侖阻塞概念的36年以後，也即直到1987年，才在由兩個微型金屬隧穿結串聯組成的系統上直接觀察到電導的庫侖阻塞振盪．
