Encontré un término " dispositivos electrónicos de fase coherente " en el libro Condensed Matter Field Theory de Atland y Simons. ¿Qué se entiende por electrones coherentes de fase ( coherencia es un término del que generalmente se habla en el contexto de la luz) en un sistema y ¿cuándo un grupo de electrones se comporta de tal manera?
Respuesta
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En sentido estricto, un dispositivo de electrones de fase coherente es un dispositivo electrónico cuyas dimensiones son inferiores al longitud de coherencia de fase de los electrones. Esta definición es la adoptada en física mesoscópica .
Entonces, ¿qué es un longitud de coherencia de fase ? A cada electrón se le asocia una función de onda $\Psi=\Psi_{0}e^{i\varphi}$ con $\varphi$ la fase de la función de onda de amplitud $\Psi_{0}$ . La longitud asociada a la coherencia de fase es la longitud tras la cual la fase ha cambiado significativamente, digamos que en $2\pi$ para cuantificar el concepto.
La noción de coherencia de fase es importante para la electrónica moderna de dispositivos de pequeño tamaño (especialmente a bajas temperaturas), ya que significa que para dispositivos menores que la longitud de coherencia de fase, los efectos cuánticos asociados a la fase de las funciones de onda dejan de ser despreciables. Entre esos efectos, los efectos de interferencia son sin duda los más inmediatos en los que podemos pensar. Los efectos de interferencia son una de las muchas firmas del régimen cuántico, de ahí la importancia del concepto de coherencia de fase.
La rama de la física que estudia los efectos de interferencia de los electrones en estructuras metálicas, superconductoras y semiconductoras se denomina física mesoscópica. También es el tema en el que se estudian los efectos destructores de los fenómenos cuánticos (es decir, la decoherencia, aunque esta palabra se utiliza a veces en el sentido más restrictivo de destrucción del entrelazamiento). Por ejemplo, la longitud de coherencia de fase asociada a los electrones se hace más pequeña a alta temperatura, ya que el baño de fonones permite más dispersiones incoherentes entre electrones, cambiando finalmente la fase de la función de onda de los electrones en una cantidad significativa, digamos $2\pi$ . Cuando la longitud de coherencia de fase es menor que el tamaño del dispositivo electrónico, los efectos cuánticos desaparecen y sólo sobreviven los efectos clásicos.
Un ejemplo importante de coherencia de fase del electrón es el Fórmula de cuantificación de Landauer de la conductancia : cuando se ve un electrón como una onda pura, la conductancia de un elemento resistivo debería seguir el concepto de tunelización en las estructuras cuánticas. Esto discrepa claramente de la ley de Ohm de las resistencias clásicas. La razón se entiende ahora como los efectos de la temperatura y el tamaño del dispositivo: tomando un depósito de resistencias de Landauer se restablece finalmente la ley de Ohm.
A primera vista puede pensarse que la coherencia de fase de los electrones es más fácil de mantener en estructuras balísticas cuando el camino libre medio de los electrones (básicamente, la distancia entre dos eventos de dispersión de un electrón entre dos impurezas) es mayor que el tamaño del dispositivo. Sin embargo, la coherencia de fase desempeña un papel importante en los sistemas difusivos, tanto electrónicos como fotónicos. En tales sistemas, un efecto importante si la flutuaciones universales de conductancia . Sobre los sistemas difusivos, abra el libro de Akkermans y Montambaux, Física mesoscópica de electrones y fotones Cambridge University Press (traducido de la edición original francesa).
