Inimliikluses raskusi põhjustava kitsa ukseava võib asendada laiemaga. Ent Wakos asuva RIKEN Teaduskeskuse teadlased David Rees, Hiroo Totsuji ja Kimitoshi Kono näitasid, et vastupidiselt intuitsioonile võib väikest nanotõket läbivate elektronide voog tõkke laiendamisel hoopis lakata.
Nanotõke
Tavaliselt valmistab teadlastele elektronide liikumise kirjeldamine erinevates tõkestavates keskkondades raskusi, sest osakestele mõjuvad jõud on nii klassikalised kui kvantmehhaanilised. RIKEN teadlased lahendasid probleemi difirentsiaalse lähenemisega. Nad jahutasid vedela heeliumi pea-aegu absoluutse nulltemperatuurini. Nii madala temperatuuriga heeliumi pinnaelektronide interaktsioonid on klassikalised, kulonilised.
Elektronide transpordi dünaamika uurimiseks valmistasid teadlased ränisubstraadi pinnale erilise punkt-kontakt (point-contact) seadme. Väikeste vaokeste rida substraadi pinnal lahutas jahutatud heeliumi kapillaarjõudude toimel kahte reservuaarpiirkonda (reservoir regions). Pinnaeletronide voolu kahe reservuaari vahel juhiti pingereguleeritava avalaiusega väravaga. Läbipääsuseade jahutati samuti alla 1 K (kelvin) temperatuurini.
Madal temperatuur põhjustas heeliumi pinnaelektronide koondumise kolmnurkse võresõlme-struktuuriga Wigneri kristalliks. Seejärel rakendas teadusrühm reservuaaridele pinge. Potentsiaalide erinevusest tingitud elektromotoorjõu toimel liikusid elektronid läbi pudelikaela. Elektronide liikumine osutus pinge suhtes mittelineaarseks. Värava avanedes langes voolutugevus järsult perioodiliste intervallidega.
Molekulaarse dünaamika simulatsioonid näitasid, et nanotõkke geomeetria ning Wigneri kristallvõre interaktsioonid põhjustasid voolus ebatavalisi ostsillatsioone. Kui nanotõkke laius oli Wigneri kristallvõre elektronide vahekaugusest erinev, siis kristallstruktuuri koos hoidvad jõud nõrgenesid ning elektronid võisid vabalt reservuaaride vahel kulgeda. Ent kui piirav potentsiaalitõke oli võrdeline võresõlmede vahekaugusega, siis püsis kristallstruktuur koos ning osakeste vool pudelikaelas lakkas.
„Tugevate ning nõrkade kristallolekute vaheline ostsillatsioon võib kasulikuks osutuda teiste tõketega seotud süsteemide, näiteks kitsastes kanalites kulgevate kolloidide, silot läbivate graanulite või isegi jalakäijate uksest läbi minemise uurimisel. Meie tulemused näitavad, et taoliste pudelikaelade geomeetria on osakeste voolu kiiruse määramisel äärmiselt oluline parameeter.“
Allikas: PhysOrg