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单电子器件在工作中是如何利用量子隧穿效应和库仑堵塞的？单电子器件的基本物理原理是源于纳米隧道结中单个电子输运产生的库仑阻塞效应，其通过操纵单个或少数几个电子的运动来完成器件工作。它具有极低功耗、极小尺寸和一些固有的功能特性，如库伦振荡等优点。即使器件缩小到分子尺度其器件功能仍然有效，且理论上讲，性能随着尺寸的减小而提高，极有可能称为未来大规模集成电路的重要组成部分之一。
目前，单电子晶体管有两种实现方案，即金属-绝缘体型和半导体型，不管是哪一种类型的SET，其基本部分是由介观尺度（纳米）的量子点和隧道结以及与之相连的宏观外电极和电源组成，它们都可以等效为一对势垒中间有一个库仑岛的物理模型。
什么是库伦阻塞效应？一种非常重要的量子效应是库伦阻塞效应：如果有一个足够小的岛，一个电子进到这个岛里时，如果原来这个岛里有一个电子，新来的这个电子就会受到排斥，因为岛很小，两个电子靠得很近，相互排斥很强，排斥能使系统能量升高，就会阻止第二个电子的到来，称作库伦阻塞；只能当外加电压使系统释放出这个电子后，第二个电子才能再来，这就构成了计算机的基本单元一个“比特（0和1）”。这个效应可用来制作单电子的晶体管和单电子存储器，人们认为，它们是构筑纳米电子学的基础。
量子点的效应？量子点（quantum dot）是在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。
量子点效应，包括：量子尺寸效应、量子隧穿效应、库伦阻塞效应、表面效应、介电效应
量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质，在非线形光学、磁介质、催化、医药及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景，同时将对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究发生深刻的影响。
库仑阻塞效应的物理机制？为了形象地解释什么是库仑阻塞现象(Coulomb blockade)，不妨首先考虑一种假想情况． 如果有一金属微粒与其周围外界在电学上是绝缘的， 只有在特定的条件下电子才可能从外面隧穿进入该金属微粒．
库仑阻塞效应
外文名
Coulomb blockade effects
现象名字
库仑阻塞现象
条件
低温、金属微粒的尺寸足够小
英文名称：
Coulomb blockade effects
当金属微粒的尺寸足够小时它与周围外界之间的电容C可小到10^-16 F的量级．在这种条件下每当单个电子从外面隧穿进入金属散粒时(有时也称它为孤立的库仑岛)， 它给库仑岛附加的充电能 e^2/C( e为电子电荷)可以远远大于低温下的热运动能量kT(k为玻耳兹曼常数，T是绝对温度)．这样就会出现一种十分有趣的现象：一旦某个电子隧穿进入了金属微粒，它将阻止随后的第二个电子再进入同一金属微粒． 因为这样的过程将导致系统总能的增加，所以是不允许发生的过程． 这就是库仑阻塞现象． 很显然，只有等待某个电子离开库仑岛以后，岛外的另一个电子才有可能再进入． 这样利用库仑阻塞效应就有可能使电子逐个隧穿进出库仑岛，实现单电子隧穿过程． 库仑阻塞概念的提出最早可以追溯到1951年． Gorter等人为了解释颗粒状金属电阻随温度下降所表现出来的反常增加行为，假想材料中每个金属微粒与其周围的微粒在电学上是绝缘的，相互之间存在着隧穿势垒． 他们认为直接利用前面提到的库仑阻塞的简单概念，可以解释电阻反常增加的行为． 在提出库仑阻塞概念的36年以后，也即直到1987年，才在由两个微型金属隧穿结串联组成的系统上直接观察到电导的库仑阻塞振荡．
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