Single Electron Charge Pumps Based on Single Wall Carbon Nanotubes

Abstract

The aim of this work is to experimentally investigate the suitability of the single wall carbon nanotubes (SWNT) for single electron charge pumps. Approaches using surface acoustic waves, local gating and properties of the superconducting--isolating--normal conducting interface (SINIS) are examined.

These investigations result in a novel SWNT device. In the SINIS configuration an individual SWNT or a thin bundle is contacted by layered Nb/Ti--contacts. The periodic modulation is provided by the AC signal applied at a nearby gate. The first SWNT--based SINIS device is successfully operated in the frequency range up to 80MHz with quantized currents of several picoamperes. The quantization of the current is achieved as function of applied source--drain voltage, the magnitude of the applied AC--signal and the value of the DC gate voltage. Effects observed during the operation of the device are discussed.

In der vorliegenden Arbeit wird die Eignung der einwändigen Kohlenstoff- röhrchen (SWNT) für Einzelelektronenpumpen untersucht. Verfolgt werden unterschiedliche Ansätze basierend auf Oberflächenwellen, lokalem Gaten und Eigenschaften vom Übergang zwischen einem Supraleiter, Isolator und einem Normalleiter (SINIS). Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist eine neuartige SWNT–basierte Einzelelektronenpumpe basierend auf dem SINIS–Ansatz. Im Kern besteht sie aus einem Kohlenstoffröhrchen(bündel) mit Nb/Ti–Kontakten. Die Stromquantisierung wird durch das Anlegen von einem HF–Signal am Gate erreicht. Die quantiesierten Ströme sind in der Größenordnung von einigen Pikoampere. Die Quantisierung kann durch Variiren von unterschiedlichen Parametern erreicht werden. Im Anschluss werden Effekte diskutiert, die während des Betriebs einer solchen Pumpe beobachtet werden können.