CN104488145A - 电磁波发生器和使用充电粒子的振荡的比特产生器 - Google Patents
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Abstract
一种电磁波发生器，包括：彼此相对且彼此分隔开的第一电极和第二电极；可充电粒子，被布置在第一电极和第二电极之间；电压源，在第一电极和第二电极之间施加电压；以及天线，电连接到第一电极和第二电极中的一个，并且由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
Description
技术领域
本申请要求于2012年8月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0086940和于2013年1月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2013-0009448的权益，其公开在这里通过整体引用而被合并于此。
本公开涉及一种电磁波发生器和比特产生器。
背景技术
通常，术语太赫电磁波(此后，也被称为太赫波)指具有频带为大约0.1至大约10THz的电磁波。太赫波可以容易地通过微波或光波不能通过其来传送的材料而传送，并且可以容易地被潮气吸收。这样，太赫波在诸如医药科学、化工、军用、安全、生物工业、环境和信息通信的各种技术领域被高度关注。然而，还未开发出能够可靠产生太赫波段的电磁波的装置，并且正在仅仅进行研究以开发新的太赫发生器。
例如，当前正在开发使用具有非线性晶体的固态激光的太赫发生器和使用利用线圈或磁铁的电磁感应方法的太赫发生器。然而，当前开发的太赫发生器可以输出仅某一波长的太赫波，或者可能具有较窄的输出太赫波的可用波段，并且因而就对于各种领域的应用性而言可能受到限制。例如，虽然需要不同波长的太赫波来获得人体中不同组织(心脏、血管、胃等)的X线断层图像，但是现有的具有小带宽的太赫发生器可能不能满足上述需求。同样，由于太赫发生器的操作原理，太赫发生器可能具有较大的功耗。
发明内容
解决方案
提供一种电磁波发生器和比特产生器。
将在下面的说明书中部分地阐述其他方法，并且部分地将从说明中是显而易见的，或者可以通过对所呈现的示范性实施例的实践而学习到。
根据示范性实施例的一个方面，一种电磁波发生器包括：第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；可充电粒子，被布置在第一电极和第二电极之间；电压源，在第一电极和第二电极之间施加电压；以及天线，电连接到第一电极和第二电极中的一个，并且由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
电压源可以在第一电极和第二电极之间施加直流(DC)电压，并且可以由于基于所施加的DC电压的可充电粒子的自持振荡而产生感应电流振荡。
电磁波发生器可以进一步包括：腔，被布置在第一电极和第二电极之间，腔在其中包括真空或被惰性气体充满，并且可充电粒子可以被布置在腔中。
第一电极和第二电极可以分别具有圆柱状核和圆柱状壳的形状。在这种情况下，第一电极和第二电极可以形成腔的内壁。
腔可以被形成为于电介质结构中形成的通孔，可以以圆柱形状形成通孔，并且第一电极和第二电极可以被分别形成为覆盖该通孔的上部分和下部分。
可充电粒子可以包括导电材料或可被电充电的电离原子。
可充电粒子可以是不管是否在第一电极和第二电极之间施加电压都恒定维持在充电状态的粒子，或者是仅当在第一电极和第二电极之间施加电压时才被充电并且当电压的施加停止时放电的粒子。
如果可充电粒子被正向充电，则可充电粒子可以在第一电极和第二电极中的阳极附近振荡。在这种情况下，天线可以被电连接到阳极。
如果可充电粒子被负向充电，则可充电粒子可以在第一电极和第二电极中的阴极附近振荡。在这种情况下，天线可以被电连接到阴极。
天线可以包括杆状天线、螺旋状天线或圆形天线。
一个或更多个可充电粒子可以按核-壳构成，其中导电核被电介质壳所环绕。
根据示范性实施例的另一方面，一种电磁波发生器包括：第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；多个腔，被布置在第一电极和第二电极之间；一个或更多个可充电粒子，被布置在多个腔的每一个中；电压源，在第一电极和第二电极之间施加电压；以及天线，电连接到第一电极和第二电极中的一个，并且由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
多个腔可以被形成为电介质基底中的多个通孔，并且第一电极和第二电极可以分别被形成在电介质基底的顶端和底端以覆盖多个通孔。
根据示范性实施例的另一方面，电磁波发生器包括：一个或更多个可充电粒子；腔结构，形成其中布置一个或更多个可充电粒子的内部空间，并包括在内部空间中形成电场的电极单元；电源电路单元，包括向电极单元施加电压以在内部空间中形成电场的电压源；以及天线，电连接到电极单元，并由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
腔结构可以包括：第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；分隔片，环绕第一电极和第二电极之间的空间以形成内部空间；以及线，被布置为穿过内部空间并且具有穿透分隔片且暴露于外部环境的一端。
电源电路单元可以被布置为使得第一电极和第二电极具有相同的电势并且向第一电极和第二电极以及线之间施加电压。
一个或更多个可充电粒子可以被正向充电，并且线和第一电极及第二电极可以以下述方式被连接到电压源：线充当阳极，并且第一电极和第二电极充当阴极。在这种情况下，天线可以具有连接到线的一端。
可替换地，腔结构可以具有：第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；分隔片，环绕第一电极和第二电极之间的空间以形成内部空间，并且由导电材料形成；第一绝缘体，被布置在分隔片与第一电极之间，以使分隔片和第一电极彼此绝缘；第二绝缘体，被布置在分隔片与第二电极之间，以使分隔片和第二电极彼此绝缘；以及线，在内部空间中电连接第一电极和第二电极。
电源电路单元可以被布置为使得第一电极和第二电极具有相同的电势并且向第一电极和第二电极以及分隔片之间施加电压。
一个或更多个可充电粒子可以被正向充电，并且线和第一电极及第二电极可以以下述方式被连接到电压源：线充当阳极，并且第一电极和第二电极充当阴极。在这种情况下，天线可以具有连接到第一电极或第二电极的一端。
根据示范性实施例的另一方面，一种比特产生器包括：一个或更多个可充电粒子；腔结构，形成其中布置一个或更多个可充电粒子的内部空间，并且包括在内部空间中形成电场的电极单元；电压源，向电极单元施加电压，以在内部空间中形成电场；控制单元，控制电压源以选择性地向电极单元施加电压；以及数据存储单元，存储与是否通过电极单元产生感应电流振荡对应的比特数据。
腔结构可以包括：第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；以及分隔片，环绕第一电极和第二电极之间的空间以形成内部空间。
一个或更多个可充电粒子可以被正向充电，并且数据存储单元可以被连接到第一电极和第二电极中的阳极。
一个或更多个可充电粒子可以被负向充电，并且数据存储单元可以被连接到第一电极和第二电极中的阴极。
一个或更多个可充电粒子可以按核-壳构成，其中导电核被电介质壳所环绕。
根据示范性实施例的另一方面，一种逻辑电路包括：势垒结构，形成第一内部空间和与第一内部空间分离的第二内部空间；一个或更多个可充电粒子，被布置在第一内部空间和第二内部空间的每一个中；第一电极和第二电极，形成在势垒结构下面，分别覆盖第一内部空间和第二内部空间的底端部分；以及公共电极，形成在势垒结构之上，覆盖第一内部空间和第二内部空间的顶端部分，其中，该逻辑电路通过使用来自公共电极的、根据施加到第一电极和第二电极的输入电压的输出电压而执行逻辑操作。
该逻辑电路可以进一步包括：电阻器，连接到公共电极。
电阻器可以被连接到具有固定电压的电压源，或者可以被接地。
可充电粒子的数量可以等于或小于1千。
根据示范性实施例的另一方面，一种存储电路包括：一个或更多个可充电粒子；势垒结构，形成容纳一个或更多个可充电粒子的内部空间；第一电极，形成在势垒结构上，覆盖内部空间的顶端部分；第二电极，形成在势垒结构的下面，覆盖内部空间的底端部分；电容器和第一电阻器，在第一电极上彼此分隔开；以及第二电阻器，形成在第二电极上。
有益效果
如上所述，根据上述示范性实施例中的一个或多个的电磁波发生器可以使用由于DC电压被充电的粒子的自持振荡，并且可以包括使用由于自持振荡而产生的感应电流振荡作为电磁波的源的天线结构，以便有效地传送所产生的电磁波。
因为根据示范性实施例的电磁波发生器不需要电子在阴极和阳极之间运动以产生电磁波，所以功耗可以较低，从而增加了产生电磁波的效率。
此外，所产生的电磁波的频率可以基于施加在阴极和阳极之间的电压而容易地调节。
根据上述示范性实施例中的一个或多个的比特产生器可以使用由于DC电压而充电的粒子的自持振荡，并且可以根据是否发生感应电流振荡而产生比特数据。
比特产生器相较于典型的基于晶体管的比特发生器而言可以具有非常小的结构，并且可以被用在微机中。
此外，根据上述示范性实施例中的一个或多个的逻辑电路或存储电路可以通过使用充电粒子的振荡而形成，并且相较于使用氖灯的传统配置而言可以具有非常高的操作速度。
应当明白，应当仅仅从说明性的意义来考虑这里描述的示范性实施例，而并非为了限制的目的。每个示范性实施例中的特征或方面的描述通常应当被认为是可用于在其他示范性实施例中的其他类似的特征或方面。
附图说明
本公开涉及电磁波发生器和比特产生器。
通过下面结合附图对示范性实施例进行的描述，这些和/或其他方法将变得显而易见和更加易于理解，在附图中：
图1是根据示范性实施例的电磁波发生器的概念视图；
图2A至图2C是可在图1中图示的电磁波发生器中采用的示范性天线单元的结构视图；
图3A和图3B是用于描述在图1中图示的电磁波发生器中的充电粒子的自持振荡的概念视图；
图4是示意性示出在图1中图示的电磁波发生器中当可充电粒子被正向充电和负向充电时振荡的轨迹的概念视图；
图5示出用于检查在图1中图示的电磁波发生器中的充电粒子的振荡的经验设置；
图6A至图6D以及图7A至图7D是示出在图5图示的经验设置中在调节偏置电压、腔中的压力和其他因素的同时测量的感应电压的波形的图；
图8A和图8B是可在图1中图示的电磁波发生器中采用的示范性自持振荡形成单元的透视图和俯视图；
图9A是可在图1中图示的电磁波发生器中采用的另一示范性自持振荡形成单元的剖面图；
图9B是在图9A中图示的腔的详细透视图；
图10A和图10B是根据另一示范性实施例的电磁波发生器的透视图和剖面图；
图11A和图11B是根据另一示范性实施例的电磁波发生器的透视图和剖面图；
图12是根据另一示范性实施例的电磁波发生器的透视图；
图13是根据另一示范性实施例的电磁波发生器的透视图；
图14是根据示范性实施例的比特产生器的剖面图；
图15A是根据示范性实施例的AND门的剖面图；
图15B是图15A的等效电路图；
图16A是根据示范性实施例的OR门的剖面图；
图16B是图16A的等效电路图；
图17A是根据示范性实施例的存储电路的剖面图；并且
图17B是图17A的等效电路图。
具体实施方式
现在将对示范性实施例进行详细参考，在附图中示出了其示例，其中通篇中相似的参考数字指示相似的元素。为此，当前示范性实施例可以具有不同的形式，并且不应当被认为是局限于这里所阐述的描述。因此，下面仅仅通过参照附图来描述示范性实施例，以解释本说明的各方面。
图1是根据示范性实施例的电磁波发生器200的概念视图。图2A至图2C是可在图1中图示的电磁波发生器200中采用的示范性天线单元的结构视图。
电磁波发生器200包括：彼此相对且彼此分隔开的第一电极110和第二电极120；可充电粒子140，被布置在第一电极110和第二电极120之间；电压源250，用于在第一电极110和第二电极120之间施加电压；以及天线单元280(例如，天线)，电连接到第一电极110和第二电极120中的一个，并且用于辐射由于感应电流振荡Iind而产生的电磁波(例如，太赫波)。
电磁波发生器200具有下述结构，其中：当电压源250向第一电极110和第二电极120之间施加直流(DC)电压时，发生可充电粒子140的自持振荡，并且因而产生感应电流振荡Iind。
腔160例如可以是真空的或者可以被充满惰性气体，可以进一步被布置在第一电极110和第二电极120之间，并且可充电粒子140可以被布置在腔160中。
第一电极110和第二电极120、腔160以及可充电粒子140形成自持振荡形成单元100，并且下面将描述根据电极结构或腔160的各种修改的自持振荡形成单元100的示例。
腔160与第一电极110和第二电极120一起提供其中可充电粒子140被布置且振荡的空间。腔160除了可充电粒子140之外可以不具有任何充电粒子或气体。为了实现该配置，腔160可以将其内部空间20保持为真空。可选地，腔160可以被例如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)的惰性气体或者例如六氟化硫(SF6)的用于抑制可充电粒子140的电放电的气体所充满。
可充电粒子140可以包括导电材料或可被电充电的电离原子。可充电粒子140可以按核-壳构成，其中导电核被电解质壳所环绕。如果电压源250向第一电极110和第二电极120之间施加电压，则在第一电极110和第二电极120之间形成电场E，并且在电场E中发生充电粒子的振荡。可充电粒子140可以充当在被正向或负向充电后在电场E中振荡的充电粒子，可以是已经被充电并且不管在第一电极110和第二电极120之间是否施加电压都恒定维持在充电状态的粒子，或者可以是仅当在第一电极110和第二电极120之间施加电压时被充电且当电压的施加停止时被放电的粒子。
可充电粒子140的振荡以变为电磁波的源的感应电流振荡Iind的形式而发生。提供天线单元280以向外传送由于感应电流振荡Iind而产生的电磁波。
如图2A至图2C中所示，天线单元280可以是但不限于杆状天线281、螺旋状天线282或圆形天线283。电磁波发生器200产生具有与可充电粒子140的振荡周期对应的频率的电磁波，并且在该情况下，该频率与电压源250在第一电极110和第二电极120之间施加的电压有关。也就是说，可以考虑到电磁波的电压和频率而将天线单元280的形状确定为有效地辐射由于电压源250在第一电极110和第二电极120之间施加的电压而产生的电磁波。
虽然在图1中天线单元280电连接到第一电极110，但是天线单元280的电连接不限于此。如果可充电粒子140被正向充电，则可充电粒子140可以在第一电极110和第二电极120之中的阳极附近振荡，并且在该情况下，天线单元280可以电连接到可以充当阳极的第一电极110。另一方面，如果可充电粒子140被负向充电，则可充电粒子140可以在第一电极110和第二电极120之中的阴极附近振荡，并且在该情况下，天线单元280可以电连接到充当阴极的第二电极120。
现在将简要描述在电磁波发生器200中发生充电粒子的自持振荡的原理。
图3A和图3B是用于描述在图1中图示的电磁波发生器200中的充电粒子的自持振荡的概念视图。图4是示意性地示出当在图1中图示的电磁波发生器200中可充电粒子140被正向充电和负向充电时振荡的轨迹的概念视图。
在电压被施加到第一电极110和第二电极120之间以前，可充电粒子140可以沿重力方向处于第一电极110的表面、第二电极120的表面或腔160的底端表面。在该情况下，可充电粒子140可以处于未充电状态。因此，为了当电磁波发生器200开始操作时对可充电粒子140进行充电，在第一电极110和第二电极120之间施加初始电压。例如，当可充电粒子140由铝材料形成时，如果在第一电极110和第二电极120之间施加电压以形成等于或大于大约700V/mm的电场，则电子从形成可充电粒子140的每个铝原子中迸出并通过第一电极110流出，并且可充电粒子140被正向(+)充电。如果可充电粒子140已经被充电且不管是否在第一电极110和第二电极120之间施加电压都恒定维持充电状态，则可以不需要上述初始化过程。然而，如果可充电粒子140仅当在第一电极110和第二电极120之间施加电压时才被充电而当电压的施加停止时被放电，则可以需要上述初始化过程。
然后，如果根据所希望的电磁波的波长在第一电极110和第二电极120之间施加适当的DC电压，则可以沿从第一电极110朝向第二电极120的方向产生电场，并且被充电的可充电粒子140可以振荡以在第一电极110和第二电极120之间往复运动。
可以根据拉普拉斯(Laplace)等式、第一电极110和第二电极120的位置和电势以及基于充电或可充电粒子140的表面电荷密度而确定的边界条件来从数学上预测可充电粒子140的振荡。因为在第一电极110和第二电极120的表面上感应的表面电荷密度根据可充电粒子140的位置而变化，所以引力或斥力主要作用在可充电粒子140上。例如，如果第一电极110的电势VT大于第二电极120的电势VL，使得电场Ep的方向是从第一电极110朝向第二电极120，并且可充电粒子140被正向(+)充电，则由于退极化场，负电荷分布在可充电粒子140的上半球上而正电荷分布在可充电粒子140的下半球上，并且上半球和下半球上的电荷之和为正(+)。此外，负电荷也分布在第一电极110的表面上。如果可充电粒子140的位置远离第一电极110则在第一电极110的表面上感应的电荷密度降低，并且如果可充电粒子140的位置靠近第一电极110则在第一电极110的表面上感应的电荷密度增加。
因此，如图3A中所示，可充电粒子140的位置远离第一电极110的距离等于或大于某一距离(区域B)，并且在可充电粒子140的总体电荷(q>0)与第一电极110之间引力是主要的。因此，可充电粒子140朝向第一电极110移动。如果可充电粒子140到达第一电极110并且从而在第一电极110的某一距离(区域A)之内移动，则在第一电极110的表面上感应的负电荷的密度增加，并且如图3B所示，由于在第一电极110的表面上感应的负电荷和在可充电粒子140的上半球上分布的负电荷，斥力变为主要的。结果，可充电粒子140远离第一电极110移动。根据上述原理，可充电粒子140在区域A和B之间振荡。
图3A和图3B示意性地示出当可充电粒子140被正向充电且在可以充当阳极的第一电极110附近振荡时的情况。然而，如果可充电粒子140被负向充电，则可充电粒子140在可以充当阴极的第二电极120附近振荡。也就是说，如图4所示，被正向充电的可充电粒子140沿路径1振荡，且被负向充电的可充电粒子140沿路径2振荡，路径1重复地靠近然后远离作为阳极的第一电极110而移动，并且路径2重复地靠近然后远离作为阴极的第二电极120而移动。对于图4中的路径1和2，纵轴表示自电极起的距离，且横轴表示时间。
在本发明人的论文中详细描述了关于充电粒子的振荡的数学计算。参见“Phys.Plasmas 19,033506(2012),doi:10.1063/1.3690104”；也请参见“Phys.Plasmas 19,072113(2012),doi:10.1063/1.4737189”。
图5示出用于检查在图1中图示的电磁波发生器200中的充电或可充电粒子140的振荡的经验设置。
按圆柱壳的形状来形成阴极，在阴极的中央按圆柱核的形状来形成阳极，并且充电的Ar(氩)原子被用作充电粒子。如果在阴极和阳极之间施加电压，则充电粒子振荡，并且期望电势在位置C1处以与充电粒子的振荡频率对应的振荡频率而振荡。
图6A至图6D以及图7A至图7D是示出在图5图示的经验设置中在调节偏置电压、腔中的压力和其他因素的同时测量的感应电压的波形的图。
图6A至图6D示出当腔中的Ar的压力被设置为31mTorr、电阻值R被设置为124kOhm并且位置C2处的电势改变为31V(图6A)、32V(图6B)、36V(图6C)和40V(图6D)时在位置C1处测量的电压的波形。
图7A至图7D示出当腔中的Ar的压力被设置为2mTorr、电阻值R被设置为1MOhm并且位置C2处的电势改变为119V(图7A)、130V(图7B)、140V(图7C)和170V(图7D)时在位置C1处测量的电压的波形。
基于经验结果，可以看出，由于充电粒子的振荡而发生感应电流振荡，并且感应电流振荡的频率基于在阴极和阳极之间施加的电压是可调的。
图8A和图8B是可在图1中图示的电磁波发生器200中采用的示范性自持振荡形成单元101的透视图和俯视图。
自持振荡形成单元101可以具有在图5中图示的经验设置的结构。具体而言，可以以圆柱壳的形状来形成第一电极111，可以以圆柱核的形状来形成第二电极121，并且第一电极111和第二电极121可以形成腔161的内壁。此外，可以形成遮盖元件以覆盖腔161的上部分和下部分。
图9A是可在图1中图示的电磁波发生器200中采用的另一示范性自持振荡形成单元102的剖面图。图9B是在图9A中图示的腔162的详细透视图。
图9A和图9B中示出的自持振荡形成单元102包括：电介质结构S1，具有形成腔162的通孔；以及第一电极112和第二电极122，分别形成在电介质结构S1之上和之下，以覆盖腔162。通孔可以具有但不限于具有如图9A和图9B所示的圆柱形状。
图10A和图10B是根据另一示范性实施例的电磁波发生器300的透视图和剖面图。
电磁波发生器300包括：彼此相对且彼此分隔开的第一电极310和第二电极320；多个腔360，被布置在第一电极310和第二电极320之间；一个或更多个可充电粒子140，被布置在多个腔360的每一个中；电压源350，用于在第一电极310和第二电极320之间施加电压；以及天线单元380，电连接到第一电极310和第二电极320中的一个，并且用于辐射基于感应电流振荡的电磁波。
如图10A和图10B所示，腔360可以由具有多个通孔的电介质基底S2形成，并且第一电极310和第二电极320可以分别被形成在电介质基底S2的顶端和下面以覆盖通孔。通孔中的每个可以具有但是不限于具有如图10A和图10B中图示的圆柱形状。腔360可以是真空的或可以被惰性气体充满。
被布置在腔360中的可充电粒子140中的每一个可以包括导电材料或电离原子，并且可以是已经被充电并且不管在第一电极310和第二电极320之间是否施加电压都恒定维持在充电状态的粒子，或者可以是仅当在第一电极310和第二电极320之间施加电压时被充电且当电压的施加停止时被放电的粒子。虽然图10A和图10B示出在腔360中的每一个中布置的多个可充电粒子140，但是可充电粒子140的数量可以不限于此，并且每个腔360可以可替换地包括一个或任意其他多个数量的可充电粒子140。
如果可充电粒子140被正向充电，则可充电粒子140可以在第一电极310和第二电极320之中的阳极附近振荡，并且天线单元380可以电连接到充当阳极的第一电极310，如图10A和图10B所示。另一方面，与图10A和图10B中图示的情况不同，如果可充电粒子140被负向充电，则可充电粒子140可以在第一电极310和第二电极320之中的阴极附近振荡，并且天线单元380可以电连接到充当阴极的第二电极320。
如图2A至图2C中所示，天线单元380可以是但不限于杆状天线281、螺旋状天线282或圆形天线283。
电压源350可以在第一电极310和第二电极320之间施加DC电压。例如，电压源350可以在第一介质310上形成电势VT，并且可以在第二电极320上形成比电势VT小的电势VL。在这种情况下，可充电粒子140的自持振荡出现在腔360中。根据出现在腔360中的感应电流振荡的幅度和，可以产生具有大幅度的电磁波，并可以通过天线单元380将其有效地发送。
图11A和图11B是根据另一示范性实施例的电磁波发生器400的透视图和剖面图。
根据图11A和图11B中示出的示范性实施例的电磁波发生器400与图10A中图示的电磁波发生器300的不同在于：天线单元480的位置与天线单元380的位置不同。天线单元480被连接在第一电极310与电压源350之间。
可以根据用户的各种准则来选择在图10A或图11A中图示的天线单元380或480，例如，由于感应电流振荡而将产生的电磁波的频率或强度、或者用于传送其的距离。
在图11A和图11B中，假设可充电粒子140被正向充电。在这种情况下，可充电粒子140可以在第一电极310和第二电极320中的阳极附近振荡，并且天线单元480可以被电连接在电压源350和可以充当阳极的第一电极310之间。
同时，可充电粒子140可以被负向充电。在这种情况下，可充电粒子140可以在第一电极310和第二电极320中的阴极附近振荡，并且因此，与图11A和图11B不同，天线单元480可以被修改为电连接在电压源350和可以充当阴极的第二电极320之间。
图12是根据另一示范性实施例的电磁波发生器500的透视图。
电磁波发生器500包括：一个或更多个可充电粒子140；腔结构C，用于形成其中布置可充电粒子140的内部空间560，并且腔结构C包括用于在内部空间560中形成电场的电极单元；电源电路单元，包括用于向电极单元施加电压以在内部空间560中形成电场的电压源550；以及天线单元580，电连接到电极单元，并用于通过感应电流振荡而辐射电磁波。
具体而言，腔结构C包括：彼此相对且彼此分隔开的第一电极521和第二电极522；分隔片540，环绕第一电极521和第二电极522之间的空间以形成内部空间560；以及线单元510，被布置为穿过内部空间560并且具有穿透分隔片540且暴露于外部环境的一端。
电源电路单元可以被配置为允许第一电极521和第二电极522具有相同的电势并且向第一电极521和第二电极522以及线单元510之间施加电压。如图12所示，电源电路单元可以以如下方式被配置，即：第一电极521和第二电极522可以作为阴极被连接到同一电路线，然后被连接到电压源550，并且线单元510作为阳极被连接到电压源550。
天线单元580可以具有连接到线单元510的一端，并且可以被连接在电压源550和线单元510之间，如图12中所示。然而，应当明白，天线单元580不限于图12中示出的连接配置，并且可替换地可以被连接到例如线单元510的另一端。
在可充电粒子140被正向充电的假设下，天线单元580被布置在作为阳极的线单元510附近。如上所述，在这种情况下，可充电粒子140在可以充当阳极的线单元510附近振荡，并且在线单元510上发生大量的感应电流振荡。
同时，可充电粒子140可以被负向充电，并且在这种情况下，天线单元580可以被修改为连接到可以充当阴极的第一电极521或第二电极522。
图13是根据另一示范性实施例的电磁波发生器600的透视图。
根据图13中示出的示范性实施例的电磁波发生器600与图12中图示的电磁波发生器500的不同在于：图13中示出的腔结构C的配置与图12中示出的腔结构C的配置不同。腔结构C包括：彼此相对且彼此分隔开的第一电极611和第二电极612；分隔片620，环绕第一电极611与第二电极612之间的空间以形成内部空间660，分隔片620由导电材料形成；以及线单元613，用于在内部空间660内电连接第一电极611和第二电极612。
此外，第一绝缘单元631被布置在分隔片620与第一电极611之间，以彼此绝缘分隔片620和第一电极611，并且第二绝缘单元632被布置在分隔片620和第二电极612之间，以彼此绝缘分隔片620和第二电极612。
电源电路单元可以被配置为使得第一电极611和第二电极612具有相同的电势并且向第一电极611、第二电极612与分隔片620之间施加电压。如图13所示，电源电路单元可以以如下方式被配置，即：第一电极611和第二电极612可以作为阳极被连接到同一电路线，然后被连接到电压源650，并且分隔片620可以作为阴极被连接到电压源650。
天线单元680可以具有连接到与第一电极611和第二电极612连接的电路线的一端，并且可以被连接在电压源650和电路线之间，如图13中所示。然而，应当明白，天线单元680不限于图13中示出的连接配置，并且例如可以被连接到第一电极611或第二电极612的另一端。
在可充电粒子140被正向充电的假设下，天线单元680被布置在对应于阳极的第一电极611和第二电极612附近振荡。如上所述，在这种情况下，可充电粒子140在阳极、即当前示范性实施例中用于连接第一电极611和第二电极612的线单元613附近振荡，并且在第一电极611和第二电极612上发生大量的感应电流振荡。
同时，可充电粒子140可以被负向充电，并且在这种情况下，天线单元680可以被修改为连接到可以充当阴极的分隔片620。
图14是根据示范性实施例的比特产生器700的剖面图。
比特产生器700包括：一个或更多个可充电粒子140；腔结构C，用于形成其中布置可充电粒子140的内部空间740，并且腔结构C包括用于在内部空间740中形成电场的电极单元；电压源750，用于向电极单元施加电压，以在内部空间740中产生电场；控制单元760，用于控制电压源750以选择性地向电极单元施加电压；以及数据存储单元790，用于存储与是否通过电极单元产生感应电流振荡对应的比特数据。
如图14中所示，腔结构C包括：彼此相对且彼此分隔开的第一电极710和第二电极720；以及分隔片730，环绕第一电极710和第二电极720之间的空间以形成内部空间740。然而，腔结构C不限于具有上述形状，并且可以具有任意形状，只要可充电粒子140可被布置在通过施加到电极单元的电压而形成的电场中即可。
可充电粒子140可以被正向充电，并且在这种情况下，可充电粒子140在第一电极710和第二电极720中的阳极附近振荡。也就是说，电压源750以满足VT>VL的方式在第一电极710和第二电极720之间施加电压，可充电粒子140在第二电极720附近振荡，并且因而在第二电极720处发生感应电流振荡。当感测到感应电流振荡时，该状态被确定为比特数据“1”。如果电压源750不在第一电极710和第二电极720之间施加电压，则满足VT＝VL，并且在第二电极720处不发生感应电流振荡。该状态被确定为比特数据“0”。
可替换地，可充电粒子140可以被负向充电。在这种情况下，如果VT>VL，则在可充当阴极的第一电极710处发生感应电流振荡。如果VT＝VL，则不发生感应电流振荡。在第一电极710处发生感应电流振荡时的状态被确定为比特数据“1”，并且不发生感应电流振荡时的状态被确定为比特数据“0”。
因此，如果可充电粒子140被正向充电，则数据存储单元790可以被连接到第一电极710和第二电极720中的阳极。如果可充电粒子140被负向充电，则数据存储单元790可以被连接到第一电极710和第二电极720中的阴极。
根据上述原理来产生比特数据可以是操作二进制计算机的基础，并且如果使用上述比特产生器700，则二进制计算机相较于典型的基于晶体管的计算机可以具有非常小的结构。
此外，可以通过使用振荡充电粒子来实现各种逻辑电路和存储电路。
图15A是根据示范性实施例的AND门801的剖面图。图15B是图15A的等效电路图。
AND(与)门801包括：势垒结构830，用于形成彼此分离的第一内部空间841和第二内部空间842；一个或更多个可充电粒子140，被布置在第一内部空间841和第二内部空间842的每一个中；第一电极811和第二电极812，形成在势垒结构830下面，以分别覆盖第一内部空间841和第二内部空间842；以及公共电极820，形成在势垒结构830之上，以整体覆盖第一内部空间841和第二内部空间842；以及电阻器850，形成在公共电极820上。
电阻器850可以被连接到具有固定电压V的电压源。输入电压VA和VB被分别施加到第一电极811和第二电极812，可以根据用户准则来确定电阻器850的电阻值R和连接到电阻器850的电压源的固定电压V，并且因此，可以确定输出电压VO的参考值。
如果输入电压VA和VB二者满足预定电压条件，则公共电极820处的输出电压VO具有与“1”对应的值。如果仅输入电压VA和VB中的一个满足预定电压条件，则输出电压VO具有与“0”对应的值。可以任意选择电阻器850的电阻值R和固定电压V。例如，可以假设如果公共电极820与第一电极811或第二电极812之间的电压等于或大于50V则可充电粒子140振荡，并且可以确定如果输入电压VA和VB是0V则输出电压VO是50V。
如果输入电压VA和VB二者是0V，则输出电压VO可以是50V，如初始设定的。
根据该状态，如果输入电压VA和VB被增加至40V，则因为公共电极820与第一电极811之间的电压是10V并且公共电极820与第二电极812之间的电压也是10V，则可充电粒子140在第一内部空间841和第二内部空间842中不振荡，并且因为不形成导电路径。因此，流过电阻器850的电流逐渐减小，由于电阻值R减小所以电压从固定电压V下降，因而输出电压VO从50V逐渐增加。如果输出电压VO增加至90V，则因为公共电极820与第一电极811之间的电压是50V且公共电极820与第二电极812之间的电压也是50V以便形成导电路径，所以输出电压VO被维持在90V。
当如初始设置的，输入电压VA和VB是0V且输出电压VO是50V时，如果输入电压VA和VB中的一个是0V而输入电压VA和VB中的另一个被增加到40V，例如，如果输入电压VA是0V且输入电压VB是40V，则因为公共电极820与第一电极811之间的电压是50V，所以可充电粒子140在第一内部空间841中振荡，导电路径被维持，并且输出电压VO被维持在50V。
如上所述，根据示范性实施例，仅当输入电压VA和VB二者大于0V时，输出电压VO才具有与“1”对应的值，例如90V。否则，输出电压VO具有与“0”对应的值，例如50V。
图15A中图示的结构如在图15B中的等效电路中所示那样操作。具体而言，通过可充电粒子140在图15A中的第一内部空间841和第二内部空间842中振荡，执行传统上通过使用氖灯N1和N2执行的功能。然而，根据图15A和图15B中示出的示范性实施例，与需要几十万粒子或上百万粒子来执行通过使用氖灯的功能的传统情形相比，仅需要非常少量的可充电粒子140。例如，可充电粒子140的数量可以等于或大于1或者等于或小于1千，例如，大约几百个粒子。此外，与通过使用氖灯形成的具有大约60kHz至1MHz的操作速度的逻辑电路相比，如果使用充电粒子的振荡，则可以达到THz范围内的操作速度。
图16A是根据示范性实施例的OR门802的剖面图。图16B是图16A的等效电路图。
OR(或)门802包括：势垒结构830，用于形成彼此分离的第一内部空间841和第二内部空间842；一个或更多个可充电粒子140，被布置在第一内部空间841和第二内部空间842的每一个中；第一电极811和第二电极812，形成在势垒结构830下面，以分别覆盖第一内部空间841和第二内部空间842；公共电极820，形成在势垒结构830之上，以整体覆盖第一内部空间841和第二内部空间842；以及电阻器850，形成在公共电极820之上。输入电压VA和VB被分别施加到第一电极811和第二电极812，并且电阻器850被连接到地。
如果输入电压VA和VB中的一个满足预定电压条件，则公共电极820处的输出电压VO具有与“1”对应的值。如果输入电压VA和VB二者都不满足预定电压条件，则输出电压VO具有与“0”对应的值。
图17A是根据示范性实施例的存储电路900的剖面图。图17B是图17A的等效电路图。
存储电路900包括：势垒结构930，用于形成内部空间940；第一电极920和第二电极910，分别形成在内部空间940的顶端上和内部空间940的下面；以及一个或更多个可充电粒子140，布置在内部空间940中。电介质层960和第三电极970被布置在第一电极920上，以形成电容器，并且第一电阻器951也被布置在第一电极920上。第二电阻器952被布置在第二电极910上。第一电阻器951可以被连接到具有预定固定电压的电压源，并且第二电阻器952可以接地。根据第三电极970的输入，可以形成第二电极910的读出。
用于形成逻辑电路(布尔电路)或存储电路的电路元素的上述排布是示范性提供的，并且可以被改变为能够使用由于充电粒子的振荡而形成的导电路径的各种不同形式。
如上所述，根据上述示范性实施例中的一个或多个的电磁波发生器可以使用由于DC电压而被充电的粒子的自持振荡，并且可以包括使用由于自持振荡而产生的感应电流振荡作为电磁波的源的天线结构，以便有效地传送所产生的电磁波。
因为根据示范性实施例的电磁波发生器不需要电子在阴极和阳极之间运动来产生电磁波，所以功耗可以较低，从而提高了产生电磁波的效率。
此外，可以基于在阴极和阳极之间施加的电压来容易地调节所产生的电磁波的频率。
根据上述示范性实施例中的一个或多个的比特产生器可以使用由于DC电压而充电的粒子的自持振荡，并且可以根据是否发生感应电流振荡而产生比特数据。
与典型的基于晶体管的比特产生器相比，该比特产生器可以具有非常小的结构，并且可以被用在微机中。
此外，根据上述示范性实施例中的一个或多个的逻辑电路或存储电路可以通过使用充电粒子的振荡来形成，并且与使用氖灯的传统配置相比可以具有非常高的操作速度。
应当明白，应当仅以描述性的意义来考虑这里描述的示范性实施例，而不是出于限制的目的。每个示范性实施例中的特征或方面的描述通常应当被认为是可用于在其他示范性实施例中的其他类似的特征或方面。
Claims (57)
1.一种电磁波发生器，包括：
第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；
可充电粒子，被布置在第一电极和第二电极之间；
电压源，在第一电极和第二电极之间施加电压；以及
天线，电连接到第一电极和第二电极中的一个，并且由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
2.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，电压源在第一电极和第二电极之间施加直流(DC)电压，并且
其中，基于所施加的DC电压由于可充电粒子的自持振荡而产生感应电流振荡。
3.根据权利要求1所述的电磁波发生器，进一步包括：腔，被布置在第一电极和第二电极之间，腔在其中包括真空或被惰性气体充满，并且可充电粒子被布置在腔中。
4.根据权利要求3所述的电磁波发生器，其中，第一电极和第二电极分别具有圆柱状核和圆柱状壳的形状。
5.根据权利要求4所述的电磁波发生器，其中，第一电极和第二电极形成腔的内壁。
6.根据权利要求6所述的电磁波发生器，其中，以圆柱形状形成通孔。
7.根据权利要求6所述的电磁波发生器，其中，第一电极和第二电极分别被形成为覆盖该通孔的上部分和下部分。
8.根据权利要求6所述的电磁波发生器，其中，第一电极和第二电极分别被形成为覆盖该通孔的上部分和下部分。
9.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，可充电粒子包括导电材料或可被电充电的电离原子。
10.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，可充电粒子是不管是否在第一电极和第二电极之间施加电压都恒定维持在充电状态的粒子，或者是仅当在第一电极和第二电极之间施加电压时才被充电并且当电压的施加停止时放电的粒子。
11.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，如果可充电粒子被正向充电，则可充电粒子在第一电极和第二电极中的阳极附近振荡。
12.根据权利要求11所述的电磁波发生器，其中，天线被电连接到阳极。
13.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，如果可充电粒子被负向充电，则可充电粒子在第一电极和第二电极中的阴极附近振荡。
14.根据权利要求13所述的电磁波发生器，其中，天线被电连接到阴极。
15.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，天线包括杆状天线、螺旋状天线或圆形天线。
16.一种电磁波发生器，包括：
第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；
多个腔，被布置在第一电极和第二电极之间；
一个或更多个可充电粒子，被布置在多个腔的每一个中；
电压源，在第一电极和第二电极之间施加电压；以及
天线，电连接到第一电极和第二电极中的一个，并且由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
17.根据权利要求16所述的电磁波发生器，其中，电压源在第一电极和第二电极之间施加直流(DC)电压，并且
其中，基于所施加的DC电压由于一个或多个可充电粒子的自持振荡而产生感应电流振荡。
18.根据权利要求16所述的电磁波发生器，其中，多个腔在其中包括真空或被惰性气体充满。
19.根据权利要求16所述的电磁波发生器，还包括：电介质基底，具有形成多个腔的多个通孔。
20.根据权利要求19所述的电磁波发生器，其中，第一电极和第二电极分别被形成在电介质基底的顶端和底端以覆盖多个通孔。
21.根据权利要求20所述的电磁波发生器，其中，以圆柱形状形成多个通孔。
22.根据权利要求16所述的电磁波发生器，其中，一个或更多个可充电粒子中的每一个是不管是否在第一电极和第二电极之间施加电压都恒定维持在充电状态的粒子，或者是仅当在第一电极和第二电极之间施加电压时才被充电并且当电压的施加停止时放电的粒子。
23.根据权利要求16所述的电磁波发生器，其中，如果一个或更多个可充电粒子被正向充电，则一个或更多个可充电粒子在第一电极和第二电极中的阳极附近振荡。
24.根据权利要求23所述的电磁波发生器，其中，天线被电连接到阳极。
25.根据权利要求16所述的电磁波发生器，其中，如果一个或更多个可充电粒子被负向充电，则一个或更多个可充电粒子在第一电极和第二电极中的阴极附近振荡。
26.根据权利要求25所述的电磁波发生器，其中，天线被电连接到阴极。
27.根据权利要求16所述的电磁波发生器，其中，天线包括杆状天线、螺旋状天线或圆形天线。
28.根据权利要求1所述的电磁波发生器，其中，可充电粒子按核-壳构成，其中导电核被电介质壳所环绕。
29.一种电磁波发生器，包括：
一个或更多个可充电粒子；
腔结构，形成其中布置一个或更多个可充电粒子的内部空间，并包括在内部空间中形成电场的电极单元；
电源电路单元，包括向电极单元施加电压以在内部空间中形成电场的电压源；以及
天线，电连接到电极单元，并由于基于所施加的电压的感应电流振荡而辐射电磁波。
30.根据权利要求29所述的电磁波发生器，其中，腔结构包括：
第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；
分隔片，环绕第一电极和第二电极之间的空间以形成内部空间；以及
线，被布置为穿过内部空间并且具有穿透分隔片且暴露于外部环境的一端。
31.根据权利要求30所述的电磁波发生器，其中，电源电路单元被布置为使得第一电极和第二电极具有相同的电势并且向第一电极和第二电极以及线之间施加电压。
32.根据权利要求31所述的电磁波发生器，其中，一个或更多个可充电粒子被正向充电，并且
其中，线和第一电极及第二电极以下述方式被连接到电压源：线充当阳极，并且第一电极和第二电极充当阴极。
33.根据权利要求32所述的电磁波发生器，其中，天线具有连接到线的一端。
34.根据权利要求29所述的电磁波发生器，其中，腔结构包括：
第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；
分隔片，环绕第一电极和第二电极之间的空间以形成内部空间，并且由导电材料形成；
第一绝缘体，被布置在分隔片与第一电极之间，以彼此绝缘分隔片和第一电极；
第二绝缘体，被布置在分隔片与第二电极之间，以彼此绝缘分隔片和第二电极；以及
线，在内部空间中电连接第一电极和第二电极。
35.根据权利要求34所述的电磁波发生器，其中，电源电路单元被布置为使得第一电极和第二电极具有相同的电势并且向第一电极和第二电极以及分隔片之间施加电压。
36.根据权利要求35所述的电磁波发生器，其中，一个或更多个可充电粒子被正向充电，并且
其中，线和第一电极及第二电极以下述方式被连接到电压源：线充当阳极，并且第一电极和第二电极充当阴极。
37.根据权利要求38所述的电磁波发生器，其中，天线具有连接到第一电极或第二电极的一端。
38.根据权利要求29所述的电磁波发生器，其中，可充电粒子按核-壳构成，其中导电核被电介质壳所环绕。
39.一种比特产生器，包括：
一个或更多个可充电粒子；
腔结构，形成其中布置一个或更多个可充电粒子的内部空间，并且包括在内部空间中形成电场的电极单元；
电压源，向电极单元施加电压，以在内部空间中形成电场；
控制单元，控制电压源以选择性地向电极单元施加电压；以及
数据存储单元，存储与是否通过电极单元产生感应电流振荡对应的比特数据。
40.根据权利要求39所述的比特产生器，其中，腔结构包括：
第一电极和与第一电极相对且分隔开的第二电极；以及
分隔片，环绕第一电极和第二电极之间的空间以形成内部空间。
41.根据权利要求40所述的比特产生器，其中，一个或更多个可充电粒子被正向充电，并且
其中，数据存储单元被连接到第一电极和第二电极中的阳极。
42.根据权利要求40所述的比特产生器，其中，一个或更多个可充电粒子被负向充电，并且
其中，数据存储单元被连接到第一电极和第二电极中的阴极。
43.根据权利要求39所述的比特产生器，其中，可充电粒子按核-壳构成，其中导电核被电介质壳所环绕。
44.一种逻辑电路，包括：
势垒结构，形成第一内部空间和与第一内部空间分离的第二内部空间；
一个或更多个可充电粒子，被布置在第一内部空间和第二内部空间的每一个中；
第一电极和第二电极，形成在势垒结构下面，分别覆盖第一内部空间的底端部分和第二内部空间的底端部分；以及
公共电极，形成在势垒结构之上，覆盖第一内部空间的顶端部分和第二内部空间的顶端部分，
其中，该逻辑电路通过使用来自公共电极的、根据施加到第一电极和第二电极的输入电压的输出电压而执行逻辑操作。
45.根据权利要求44所述的逻辑电路，进一步包括：电阻器，连接到公共电极。
46.根据权利要求45所述的逻辑电路，其中，电阻器被连接到具有固定电压的电压源。
47.根据权利要求45所述的逻辑电路，其中，电阻器被接地。
48.根据权利要求44所述的逻辑电路，其中，可充电粒子的数量等于或小于1千。
49.一种存储电路，包括：
一个或更多个可充电粒子；
势垒结构，形成容纳一个或更多个可充电粒子的内部空间；
第一电极，形成在势垒结构上，覆盖内部空间的顶端部分；
第二电极，形成在势垒结构的下面，覆盖内部空间的底端部分；
电容器和第一电阻器，在第一电极上彼此分隔开；以及
第二电阻器，形成在第二电极上。
50.根据权利要求49所述的存储电路，其中，可充电粒子的数量等于或小于1千。
51.一种辐射产生设备，包括：
腔；
充电粒子，被布置在腔中，根据施加到腔的电场而振荡；以及
天线，辐射基于充电粒子的振荡的电磁波，
其中，充电粒子的振荡是基于所施加的电场的自持振荡，并且
其中，基于施加到腔的电场来确定由天线辐射的电磁波的波长。
52.根据权利要求51所述的辐射产生设备，进一步包括：
第一电极，被布置在腔的第一端处；
第二电极，被布置在腔的与第一端相对的第二端处；以及
电压源，连接到第一电极和第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电压，从而向腔施加电场。
53.根据权利要求51所述的辐射产生设备，其中，电磁波包括具有大约0.1至大约10太赫(THz)的频率的太赫(THz)波。
54.根据权利要求52所述的辐射产生设备，其中，基于第一电极和第二电极的位置和电势、以及根据充电粒子的表面电荷密度确定的边界条件来确定充电粒子的振荡。
55.根据权利要求51所述的辐射产生设备，其中，充电粒子包括铝。
56.根据权利要求51所述的辐射产生设备，其中，振荡的频率基于腔内部的压力。
57.根据权利要求51所述的辐射产生设备，其中，充电粒子包括导电材料或电离原子。
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