单电子库仑阻塞器件中的非平衡效应与自加热

我们对主要基于库仑阻塞效应的单电子转移器件中的非平衡效应和自加热进行了全面的研究。在电子俘获过程中，一个热电子可能被沉积在量子点或金属岛上，其额外能量通常与库仑充电能量相当，远高于典型实验中的温度。热电子可以通过三个通道弛豫：来回隧穿到馈电引线（或岛）、发射声子以及激发背景电子。根据后两个通道的速率相对于器件工作频率以及彼此之间的大小，系统可能处于三种不同的状态：平衡态、非平衡态和自加热态（部分平衡）。在平衡态下，热电子在一个泵浦周期内将其能量完全释放给声子。在非平衡态下，弛豫通过具有特征速率分布的隧穿进行；接近平衡的方式是时间的幂律（频率）而不是指数。在单电子能级的连续极限下，该通道完全受阻。在自加热态下，热电子迅速与背景电子热化，背景电子温度 $T_e$ 高于晶格温度 $T_l$。我们计算了著名的 $T^5$ 能量耗散率定律中的系数，并将结果与铝和铜岛以及二维半导体量子点的实验值进行了比较。此外，我们获得了不同类型器件中电子温度与工作频率和器件尺寸之间的不同标度关系。