O acoplamento indutivo com bobinas On-Chip

• Autor(a) principal: Soares, Jaqueline dos Santos
• Data de Publicação: 2007
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: http://locus.ufv.br/handle/123456789/4268
• topic: Efeito hall quântico; Acoplamento indutivo; Distribuição de corrente; Quantum Hall effect; Inductive coupling; Electric current distribution; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA

O efeito Hall quântico (EHQ) permanece como foco de um imenso esforço de pesquisa vinte e seis anos após sua descoberta. De fato este fenômeno tem levantado uma série de questões fundamentais. Entre os problemas em aberto nesse campo está a distribuição espacial de corrente elétrica durante o efeito Hall quântico. Esta questão tem sido continuamente debatida desde a sua descoberta. Alguns experimentos e modelos teóricos indicam que a corrente se distribui uniformemente pela largura da ponte Hall. Contraditoriamente, outros resultados sugerem que a corrente flui predominantemente nas bordas do dispositivo. Trabalhos importantes de Yahel et al. [PRL 76, 2149 (1996) e PRL 81, 5201 (1998)] trouxeram novas pistas sobre o assunto usando a técnica experimental que ficou conhecida como "acoplamento indutivo . O método é baseado na medida da tensão induzida (da ordem de dezenas de nanovolts) por uma corrente Hall alternada em uma bobina compacta, cuidadosamente posicionada acima de uma das bordas da ponte Hall. Ele é talvez o método menos invasivo disponível para estudar a distribuição de corrente no EHQ. Entretanto, trata-se de uma técnica experimentalmente desafiadora no que se refere ao posicionamento e a fabricação da bobina e a medida tênue da tensão induzida. Mostramos com cálculos que é possível simplificar grandemente a técnica mencionada e fazê-la mais sensível e útil fabricando a bobina no mesmo chip da ponte Hall. O conceito foi testado experimentalmente substituindo a ponte Hall semicondutora por uma tira metálica cuja distribuição de corrente é conhecida a priori da eletrodinâmica. Medimos a tensão induzida pela corrente na tira metálica na bobina vizinha. O resultado ajusta-se perfeitamente, em magnitude e fase, aos valores calculados. Como nossa contribuição mais importante, descobrimos que a presença de uma gás bidimensional de elétrons (2DEG), localizado a 200 nm abaixo da bobina, aumenta o sinal induzido por um fator de trinta. A magnitude e a fase do sinal indicam que ele tem origem na corrente induzida no 2DEG pela corrente Hall alternada. O efeito de amplificação fornece um sinal mais forte em uma amostra contendo uma ponte Hall com dimensão milimétrica e com uma bobina com dez voltas, convenientemente fabricada por litografia óptica, do que o sinal medido por Yahel, usando uma ponte Hall dez vezes maior e uma bobina manufaturada com 3000 voltas. Especulamos que o efeito do 2DEG poderá permitir que a nossa técnica seja usada para mapear a distribuição de corrente no EHQ e também no estudo de sistemas magnéticos com dimensões nanométricas.