CN106165123B - 用于声子的电场控制元件 - Google Patents

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Abstract

在本文中总体讨论的是用于使用电场控制声子的技术以及被配置成使用电场控制声子的系统和设备。在一个或多个实施方案中，一种设备可以包括：多个电触点；两个量子点，所述两个量子点被嵌入一个半导体中，使得当电偏压被施加到所述电触点时，由该电偏压产生的电场大体上平行于经过所述两个量子点的轴线；以及一个声子波导，该声子波导被耦合至该半导体，该声子波导被配置成通过其输送声子。

Description

用于声子的电场控制元件
优先权要求
本专利申请要求享有2014年1月31日提交的美国临时专利申请序列号61/934,532的优先权权益，该美国临时专利申请通过引用的方式整体纳入本文。
政府权利
本发明是在由国家科学基金会(National Science Foundation)授予的批准号0832819的政府支持下做出的。政府享有本发明中的一些权利。
背景技术
声子(phonon)——弹性结构的量子化振动——渗透现代技术的结晶部件，且是被称为“声子学”的新兴研究领域的核心。与热损失能量和噪声相关联，在日常生活中使用的许多电子器件中同样遇到声子。声子被认为支配在量子水平上的基本现象，诸如，纳米结构中对超导电性的弛豫动力。在固态量子技术的发展中，主要考虑声子它们施加的限制。
附图说明
附图中的许多附图例示了在本文中呈现的主题的实施方案。附图被提供以允许本领域的普通技术人员理解在本文中公开的构思，且因此不能够被认为限制公开的主题的范围。
图1示出了用于一对零维结构的转换状态图的一个实施例。
图2示出了一个被配置成控制声子的生成或消灭的器件的一个实施例的方块图。
图3示出了一个被配置成控制声子的生成或消灭的肖特基二极管的一个实施例。
图4A、图4B和图4C示出了一个介质和零维结构对的能级带图的多个实施例。
图5示出了用于一个中性激子的能量相对于电场的线状图表的一个实施例。
图6示出了一个介质和量子点对的状态图的一个实施例。
图7示出了包括一对零维结构的声子晶体管的一个实施例。
图8示出了图7的晶体管的漏极处的声子强度相对于该晶体管的栅极处的电压的散点图和线状图表的一个实施例。
图9A和图9B示出了图7的晶体管的漏极处的声子强度相对于该晶体管的栅极处的电压的多个散点图。
图10示出了用于制作声子控制机构的技术的一个实施例的流程图。
图11示出了一个应变或运动传感器的一个实施例的方块图。
具体实施方式
下面的描述包括体现本文中描述的主题的多个方面的例示性设备、系统、方法和技术。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对该主题的多个实施方案的理解。然而，对于本领域的技术人员明显的是，在没有这些具体细节中的至少一些的情况下，也可以实践该主题的实施方案。
此公开内容总体涉及声子控制领域，且更具体地，涉及与用于声子的控制机构相关的系统、设备和方法。
无所不在的电子-声子相互作用和声子的显著耗散性质是由低维固态结构(诸如，像量子点(QD)的零维结构)作为宿主的类原子量子态的退相干的主要来源。相反，在本文中讨论了可以使声子非耗散或相干的条件。结果是获得可以控制声子的多种控制机构(例如，场效应晶体管)(“声子FET”)。所述声子FET可以单独地或组合地被实施在常规集成电路器件构架中。
在本文中讨论的是一种可以控制声子的生成或流动的工具。类似于场效应晶体管(FET)控制电子或电力的流动(“电FET”)，在本文中讨论的设备和系统可以经由利用电势或电偏压(例如，电压)产生的电场来控制传导热(声子)的流动。声子FET的物理结构可以包括嵌入常规半导体材料或器件(例如，肖特基二极管、电容器、PIN二极管或其他半导体技术)中的一对量子点。在本文中描述了肖特基二极管和简单的类似电容器的结构(参见图2)，然而，本公开内容可以被用在多种半导体器件和其他电气或电子器件中。可以施加电偏压以创建沿着或大体上平行于经过或连接所述点对的轴线的电场。声子可以在两个路径上通过该对量子点，从而诸如导致在每个路径上的声子之间的干涉。取决于施加的电偏压，此干涉可以是建设性的(启动声子流动或声子流动被增强)或破坏性的(声子流动被抑制或被阻挡)。此结构可以执行基于施加的电偏压(即，通过施加电偏压产生的电场)的声子开关的功能。支配声子相互作用的基本原理是创建共振极化子的Fano型量子干涉，该共振极化子在此情况下是分子极化子。
声子FET的一个优点可以包括能量效率提高。声子FET的另一个优势可以包括利用声子而不是让它作为热浪费的能力，诸如，在常规集成电路或其他半导体技术中。例如，受控的声子可以代表数据，其中声子的存在与否指示一比特“1”或“0”，以便执行与目前的电子系统中的电子的功能相类似的功能，因此取代电子或补充由电子提供的信息。
声子控制机构(例如，声子FET)可以被用来控制声子热的流动以便提高热被耗散或被增加的效率或更精确地引导热的流动。所述声子控制机构可以被用作光子逻辑(基于光的，例如光纤)、电子逻辑(基于电子的逻辑)、声子逻辑(基于声子的逻辑)或自旋电子学(基于自旋的逻辑)之间的接口。所述声子控制机构可以被用在量子信息技术中(例如，用于揭示量子结构之间的相干耦合)。所述声子控制机构可以被用作信息系统(例如，基于固态的信息系统)或处理技术中的逻辑元件，诸如，通过将所述声子控制机构用作逻辑开关。所述声子控制机构可以降低由声子造成的噪声且可以被用在一个应用中利用其噪声降低能力，诸如，在传感器或检测器技术中(例如，光或太赫兹辐射检测器)。所述声子控制机构的又一个应用是在太阳能技术领域，在该领域中，有利的是光吸收高并且热发射减少，诸如，可以通过所述声子控制机构来提供。所述声子控制机构可以被用在应变或运动传感器中，诸如在本文中更详细地讨论的。
现在将参考图描述可以包括声子控制机构的设备、系统和技术(例如，方法)的另一些细节。
图1示出了声子的状态图100的方块图。声子可以开始于介质(例如，固体、液体或气体)中，该介质是初始状态102。，该介质可以从初始状态102经过离散状态104或连续状态106转换到最终状态108。
某个机构(该机构未被示出在图1中)可以生成导致在处于初始状态102的器件的半导体或电介质材料中产生声子的能量。在声子已经穿过该半导体或电介质材料的至少一部分之后，半导体或电介质材料可以处于最终状态108。
如果该介质提供两个不能区分的路径(例如，一个路径经过离散状态104和另一个路径经过连续状态106)，则可以发生干涉。此干涉可以是建设性的，意味着可以生成(例如，并且发射)声子并且达到最终状态108；或者此干涉可以是破坏性的，意味着没有再次生成或释放声子且未达到最终状态108。离散状态104和连续状态106可以被耦合(例如，以相互共振的方式)，诸如通过耦合110。类似于双缝实验，提供这样的不能区分的路径的介质会造成“哪个路径”问题，且会导致Fano型量子干涉(即，Fano效应)。通过用选通机构(例如，电场)来控制声子的干涉，可以创建声子晶体管。
图2示出了一个被配置成包括声子控制机构的器件200的一个实施例。器件200可以包括嵌入半导体材料212(例如，固态材料)或其他导电或电绝缘材料中的两个或更多个零维结构210A和210B。器件200可以包括一个源极引线元件224和一个漏极引线元件226。器件200可以基本上是一个电容器，其中一些电介质或半导体材料212夹在该电容器的板之间(在此情况下，触点(contact)216A和216B提供该电容器的板)。半导体材料212也可以是允许在其中生成电场的电介质材料，或在存在电场的情况下包括一个带隙的材料，在该电场中可以达到该带隙的不同状态。
器件200可以包括一个选通机构，通过该选通机构，电偏压可以被施加到半导体材料212。图2中示出的选通机构包括分别耦合至一个或多个导电输入/输出(I/O)焊盘241A和214B的两个导电触点216A和216B。图2示出了分别通过导电互连件218A-218B耦合至焊盘214A-B的触点216A-216B。在一个或多个实施方案中，电势偏压可以被直接施加到触点216A-B而不是将偏压施加到I/O焊盘214A-B或互连件218A-B。
零维结构210A-B可以包括一个量子点或一个氮空位(NV)中心。该量子点可以包括与半导体材料212类似或相同的材料。在零维结构210A-B包括一个NV中心的实施方案中，半导体材料212可以是金刚石。量子点可以是大约数十纳米或更小的量级。量子点是一个具有限制在全部三个空间维度(即，长度、宽度和高度)的零个或多个电荷的半导体，与电荷的波函数/德布罗意波长的延伸部分相当，因此，该量子点是零维结构。量子点是纳米晶体，通常包括一种半导体材料。量子点被配置成表现出量子力学特性。
零维结构210A-B可以是类原子结构。零维结构210A-B可以至少部分地嵌入半导体材料212中以便提供形成诸如参考图1描述的针对声子的哪个路径的问题的可能性。零维结构210A-B可以代表声子生成、发射或毁灭可发生经过的可能路径。半导体材料212与零维结构210A一起可以提供连续状态106，并且另一个零维结构210B可以提供离散状态104。在一个或多个实施方案中，零维结构210A单独可以提供连续状态106且另一个零维结构210B可以提供离散状态104。
零维结构210A-B可以被间隔开大约一到一百纳米。在一个或多个实施方案中，零维结构210A-B之间的间隔可以是大约一到三十纳米。零维结构210A-B之间的间隔可以取决于制造零维结构210A-B所使用的材料和零维结构210A-B是并排的(例如，彼此水平相邻)还是彼此叠置的(例如，彼此垂直相邻)。如果零维结构210A-B是并排的，则它们可以被间隔开更大距离。这至少部分地由于可以被用来将零维结构210A-B放置在半导体材料212中的过程。在并排的配置中，可以使用位点受控的生长技术以高精确度放置零维结构210A-B。
半导体材料212可以是包括正或负掺杂、未掺杂或本征硅、锗、碳或其组合的半导体。半导体材料212可以包括一种包括半导体化合物的化合物，诸如砷化铟(包括铟和砷的化合物)、砷化镓(包括镓和砷的化合物)、硒化镉、硒化锌或其他化合物半导体材料。半导体材料212可以包括镉、铟、镓、氮、磷、锑、硒、碲、氧、硫、石墨烯、金刚石、玻璃、氧化物、氯、钛、铅、锰、镍、铁、铬、硅、银、铂、碘、铊、溴或其组合。半导体材料212可以包括其他半导体材料，诸如，包括多种所讨论的添加物的金属化合物。注意到，绝缘体(例如，电介质)——诸如玻璃、氧化物或金刚石——可以被用来代替半导体材料212或与半导体材料212共同使用。
触点216A-B、互连件218A-B或I/O焊盘214A-B可以包括一种材料，诸如金属、半导体或其他导电材料。
不同的电势可以被供应到触点216A-B(例如，直接供应到触点216A-B或间接供应到触点216A-B，诸如通过I/O焊盘214A-B或互连件218A-B间接供应到触点216A-B)，诸如以在零维结构210A-B两端提供电势。通过不同的供应电势产生的电场的电场线222可以大体上平行于零维结构210A-B经过的轴线220。电场线222可以与轴线220同轴。注意到，图2描绘了与轴线220平行且不同轴的电场线222。施加到触点216的电偏压可以提供一个可以阻止、促进或抑制声子生成、耗散或输送的选通机构。通过改变施加到触点216A-B的电偏压，可以实现建设性干涉或破坏性干涉。例如，当第一电压被施加到触点216A-B时，可以在零维结构210A-B的量子状态之间形成建设性干涉且可以产生声子。当不同的第二电压被施加到触点216A-B时，可以在零维结构210A-B的量子状态之间形成破坏性干涉且可以防止产生、耗散或传送声子。
引线元件224可以包括声子输送(例如，热)元件、光子输送(例如，光学)元件、电子电荷输送元件或自旋电子输送元件。引线元件224可以被配置成将激发能量输送到半导体材料212。引线元件226可以包括一个声子输送元件、一个光子输送元件、一个电子电荷输送元件或一个自旋电子输送元件。引线元件226可以被配置成将能量输送远离半导体材料212。
图3示出了具有一对量子点的肖特基二极管300的一个实施例，该对量子点包括嵌入该肖特基二极管中的量子点材料302A和302B(例如，零维结构)。注意到，图3是意在例示可以以如先前描述的类似电容器的多种器件或结构实施类似电容器的器件的图2的器件200的具体实施方式。肖特基二极管300可以是具有不同半导体层和一个或多个触点216A-B的异质结构。肖特基二极管300的第一触点216A(例如，铝314或钛312)可以被制造有穿过其的一个或多个孔316(例如，透明的或半透明的孔)。孔径316可以提供一个到肖特基二极管300的量子点(例如，量子点对)或其它部分的光学通路，诸如以将激发能量提供到肖特基二极管300。虽然图3仅示出了一个孔316，但是可以形成穿过铝314层或钛312层的其他孔。在包括高分辨率制造技术的一个或多个实施方案中，诸如，在包括扫描近场光学显微术(SNOM)或在光子波导或腔中包括视觉受控生长的零维结构的实施方案中，孔316对于提供激发能量或消除声子可能是不必要的(参见图7的讨论和孔316可以如何充当引线元件224或226)。
肖特基二极管300可以包括衬底306。本征砷化镓层304A、304B、304C和304D可以位于衬底306之上。本征砷化镓层304A-D可以由量子点材料302A-B或砷化铝镓层307间隔开。肖特基二极管300可以包括位于本征砷化镓层304A-D之上的钛层312或一个或多个铝层314。铝314或钛312可以形成触点216A-B，通过触点216A-B，电偏压可以被施加到肖特基二极管300。衬底306可以被耦合到一个电势(诸如，接地)，以便在铝314和衬底306之间提供电势差。衬底306可以充当电触点216A-B。该电势差可以导致量子点材料302A-B的一部分的量子状态耦合或共振。
量子点材料302A-B可以是小于十纳米厚的量级。在一个或多个实施方案中，量子点材料302A-B可以是大约两(2)到三(3)纳米厚。在一个或多个实施方案中，量子点材料302A和302B可以被隔开大约四纳米。如在本文中讨论的，只要量子点材料302A-B保持零维，量子点材料302A-B的厚度可以大于三纳米。量子点材料302A-B之间的间隔可以大于或小于四纳米，如先前讨论的关于零维结构210A-B之间的间隔距离。
如果反相偏压(即，被配置成使半导体材料的能带的耗尽区增大的电压)被施加到肖特基二极管300，则铝314和钛312可以作为电容器的第一板，掺杂砷化镓308可以作为电容器的第二板，且可以产生横跨它们之间的区域的电场。该电场可以使包括量子点材料302A的量子点的量子状态与包括量子材料302B的量子点和半导体材料的其他层(例如，本征砷化镓304A-D、砷化铝镓307或掺杂砷化镓308)的组合的量子状态耦合。
图4A、图4B和图4C分别示出了介质和量子点对(诸如，半导体材料212和零维结构210A-B)的能级带图400A、400B和400C的多个实施例。能级带图400A、400B和400C包括导带边缘404和价带边缘406。能级带图400A包括电子状态408A、408B、408C和408D以及包括声子且是虚线的状态410(例如，声子被结合至一个或多个电荷(诸如，电子或空穴)的状态)。由施加到结构200的偏压导致的电场可以提升或降低触点216B上的电势，且可以保持触点216A上的电势固定(例如，接地或在某个其他电势处)。电势差可以导致价带边缘406和导带边缘404歪斜，诸如图4A-C中示出的。该歪斜可以允许零维结构210A的离散能级相对于零维结构210B的能级偏移。导带边缘404更接近价带边缘406的两个区域是电场分别与零维结构210A-B相互作用的位置。
在零维结构210A-B的状态之间的转换412A、412B或412C可以在能量被提供到零维结构210A-B时发生。转换412A指示从零维结构210B的价带能级中的一个状态到零维结构210A的导带能级中的一个状态的改变。转换412B指示零维结构210A-B之间的电子或空穴隧道效应。在此转换412B中可以产生声子。转换412C指示在可以包括声子的状态410下从零维结构210A的价带能级到导带能级的改变。在状态410下，在零维结构210A-B之间可以发生隧道效应。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于全部电子都处于价带406中且没有电子处于导带404中的状态。当一个电子从状态408D转换到状态410时，可以进入连续状态106。当一个电子从状态408A转换到状态408E(诸如由转换412A示出)时，可以进入离散状态106。当一个电子从状态408D转换到408E或当一个电子从状态410转换到状态408E(诸如通过发射或释放一个声子)时，可以进入最终状态108。状态408B-C可以是在不同能量处的、针对状态408A的替代状态。通过将不同的电势施加到相应器件的触点216A-B可以进入这些状态408B-C。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以包括空的零维结构212A-B(在零维结构212A-B中既没有空穴也没有电子)，连续状态106可以包括处于极化子状态(|X0,Ω＞)中的零维结构212A-B，离散状态104可以包括一个中间零维结构212-A-B激子状态(一个空穴在一个零维结构210B中且一个电子在另一个零维结构210A中)，且最终状态108可以包括一个零维结构212A-B激子状态和一个被释放或未结合至零维结构212A-B的声子。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于一个或多个电子处于导带404中且没有空穴处于价带406中的状态。当一个电子从状态408D转换到状态410时，可以进入连续状态106。当一个电子从状态408A转换到状态408E(诸如通过转换412A示出)时，可以进入离散状态104。当一个电子从状态408D转换到408E或当一个电子从状态410转换到状态408E(诸如通过发射一个声子)时，可以进入最终状态108。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于一个或多个空穴处于价带406中且没有电子处于导带404中的状态。当一个电子从状态408D转换到状态410时，可以进入连续状态106。当一个电子从状态408A转换到状态408E(诸如通过转换412A示出)时，可以进入离散状态104。当一个电子从状态408D转换到408E或当一个电子从状态410转换到状态408E(诸如通过发射一个声子)时，可以进入最终状态108。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以包括一个带电荷的零维结构212A-B(例如，其中具有一个或多个空穴或电子的零维结构212A-B)。连续状态106可以包括一个处于极化子状态(|Ch,Ω＞)中的零维结构212A-B。离散状态104可以包括一个中间零维结构212-A-B电荷状态(例如，空穴或电子中的一个在一个零维结构210B中且剩余的空穴或电子(如果有的话)在另一个零维结构210A中)。最终状态108可以包括一个零维结构212A-B电荷状态和一个被释放或未结合至零维结构212A-B的声子。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于零个或多个电子处于导带406中且零个或更多空穴处于价带404中的状态。当一个电子从状态408E转换到状态420(诸如通过结合一个声子或与电场相互作用)时，可以进入连续状态106。当一个电子从状态408E转换到状态408H(诸如通过转换422A示出)或一个电子通过一个电引线直接被供应到状态408H时，可以进入离散状态104。当一个电子从状态408H转换到408E时或当一个电子通过发射一个声子从状态420转换到状态408E时，可以进入最终状态108。状态408F-G可以是在不同能量处的、针对状态408H的替代状态。通过将不同的电势施加到相应器件的触点216A-B可以进入这些状态408F-G。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于零个或多个空穴处于价带406中且零个或多个电子处于导带404中的状态。当一个空穴通过结合一个声子从状态408D转换到状态430时或当通过一个引线供应一个空穴时，可以进入连续状态106。当一个空穴从状态408D转换到状态408A(诸如通过转换432A示出)或通过一个电引线将一个空穴直接供应到状态408A时，可以进入离散状态104。当一个空穴从状态408A转换到408D或当一个空穴从状态420转换到状态408D(诸如通过发射一个声子)时，可以进入最终状态108。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以包括零维结构212A-B中的自旋(例如，零维结构212A-B中的一个或多个自旋极化空穴或电子)。连续状态106可以包括处于自旋极化的极化子状态(|S,Ω＞)中的零维结构212A-B。离散状态104可以包括一个中间零维结构212-A-B电荷状态(例如，自旋极化的空穴或电子中的一个在一个零维结构210B中且剩余的空穴或电子(如果有的话)在另一个零维结构210A中)。最终状态108可以包括一个零维结构212A-B自旋状态和一个被释放或未结合至零维结构212A-B的声子。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于零个或多个自旋极化电子处于导带406中且零个或多个空穴处于价带404中的状态。当一个自旋极化电子通过结合一个声子从状态408E转换到状态420时或当能量由一个自旋电子引线(例如，引线元件224)供应时，可以进入连续状态106。当一个自旋极化电子从状态408E转换到状态408H(诸如通过转换422A示出)或一个自旋极化电子由一个自旋电子引线(例如，自旋注入器)供应时，可以进入离散状态104。当一个自旋极化电子从状态408H转换到408E或当一个电子从状态420转换到状态408E(诸如通过发射一个声子)时，可以进入最终状态108。状态408F-G可以是在不同能量处的、针对状态408H的替代状态。通过将不同的电势施加到相应器件的触点216A-B可以进入这些状态408F-G。
在一个或多个实施方案中，初始状态102可以对应于零个或多个自旋极化空穴处于价带406中且零个或多个电子处于导带404中的状态。当一个自旋极化空穴通过结合一个声子从状态408D转换到状态430或通过一个自旋电子引线将一个自旋极化空穴直接供应到状态430时，可以进入连续状态106。当一个自旋极化空穴从状态408D转换到状态408A(诸如通过转换432A示出)或通过一个自旋电子引线将一个自旋极化空穴直接供应到状态408A时，可以进入离散状态104。当一个空穴自旋从状态408A转换到408D或当一个自旋极化空穴通过发射一个声子从状态420转换到状态408D时，可以进入最终状态108。
如先前讨论的，初始状态102可以被绕开，诸如，通过引线元件224注入一个电子或空穴(例如，一个极化电子或空穴)。
图5示出了针对中性激子(一个电子在导带中且一个空穴在价带中)的能量相对于电场的线状图表500的一个实施例。|X0＞代表两个电荷都在零维结构210A中的基态激子。|iX0＞和|iX1＞分别代表空穴处于零维结构210A价带的基态受激能级或第一受激能级的激子状态。|X0,Ω＞代表在极化子连续中的一个状态(例如，由声子Ω和零维结构210B的基态激子形成的微弱结合状态)。虽然本讨论与光学声子有关，但是也可以使用声学声子。使用电场，|iX0＞和|iX1＞状态可以被调谐成与|X0,Ω＞状态共振(例如，耦合)。如果|iX0＞或|iX1＞被大体上耦合到|X0,Ω＞，则可以形成哪个路径问题。该耦合可以导致共振或分子极化子被形成。该耦合可以是由零维结构210A-B之间的电荷的量子力学隧道效应导致的。|X0,Ω＞、|iX0＞和|iX1＞状态可以由激发能量(诸如，电子激发能量、光学激发能量、声学激发能量或声子激发能量)诱发。|CGS＞指示晶体基态或未扰动的器件200状态。
图6示出了介质和量子点(诸如，半导体材料212和零维结构210A-B)的状态之间的转换图600的一个实施例。零维结构210A由每对方框的左边的方框代表且零维结构210B由每对方框的右边的方框代表。方框中一个深色的点指示一个电子存在于相关联的零维结构210A-B中且一个浅色的点指示一个空穴存在于相关联的零维结构210A-B中。因此，左边的方框中的一个深色的点指示电子存在于零维结构210A中。
在代表结晶基态(|cgs＞)或初始状态102的|i＞处，零维结构210A-B既不会包括电子也不会包括空穴。在602A处，状态可以从cgs转换到状态|d＞＝|iXn＞(例如，离散状态104)，其中n指示零维结构210A-B的能带级，状态|d＞＝|iXn>包括一个间接激子(电子和空穴在不同的零维结构210A-B中)。602A处的转换可以与转换412A相同。在602B处，状态可以从cgs状态转换到状态|c＞＝|X0,Ω>(例如，连续状态106)，状态|c>＝|X0,Ω>包括一个极化子(一个声子和电子和空穴在相同的零维结构210A-B中)。602B处的转换可以对应于转换到零维结构210A中的一个电荷(例如，电子或空穴)同时一个声子被形成或被结合到该电荷。602C处的转换可以对应于当一个声子已经被释放或未结合时一个空穴转换到零维结构210A中。在602C处，会发生电子或空穴的隧道效应。此隧道效应指示通过状态|iXn>声子可以被保留在该结构中(例如，不被耗散或不被局部化)。在|X0>处声子可以被释放或未结合。602C处的转换可以对应于转换412B。在602D处，状态可以从状态|d>＝|iXn>转换到状态|f>＝|X0>(例如，最终状态108)。602D处的转换可以对应于一个空穴从状态408A转换到状态408D同时一个声子被释放或未结合。在602E处，状态可以从状态|c＞＝|X0,Ω＞离散状态104转换到状态|f＞＝|X0＞。602E处的转换可以对应于被释放或未结合的一个声子从带有零维结构210A-B的状态410到状态408E。在602F处，状态可以从|f＞＝|X0＞转换到|i＞＝|cgs＞。602F处的转换可以对应于从状态408E到状态408D的转换。如在本文中使用的，“状态”指的是具有或不具有半导体材料212的零维结构210A-B的状态。
在602F处，一个声子可以被发射且零维结构210A-B可以从状态|f＞返回到CGS。对声子发射的检测可以提供验证声子生成或缺少声子的手段。状态|f＞可以是最终状态108，状态|i＞可以是初始状态102，状态|c＞可以是连续状态106，且状态|d＞可以是离散状态104(参见图1)。离散状态104和连续状态106之间的耦合110(例如，相干声子)可以由602C处的隧道效应提供。
图7示出了声子晶体管700的一个实施例。声子晶体管700可以包括栅极702、源极704和漏极706。栅极702可以包括连续状态和离散状态(|c＞和|d＞)之间的耦合。
栅极702可以包括触点216A-B，诸如以提供可以通过其向零维结构210A-B提供电场的结构。
源极704可以包括一个解耦合的离散或连续状态。源极704可以包括一个耦合至半导体材料212的引线元件224。引线元件224可以被配置成提供激发能量，诸如来自用于向半导体材料212提供激发能量712的装置。引线元件224可以是光学引线元件、声学引线元件、电引线元件、自旋电子引线元件或声子引线元件。引线元件224可以是光纤、光子波导、孔316、导电电线或其他声子波导。引线元件224可以包括一个被配置成将热能提供至半导体材料212的热传递机构。引线元件224可以被耦合到用于向半导体212提供激发能量712的装置。用于提供激发能量712的装置可以包括一个激光器或一个电源。用于提供激发能量712的装置可以提供能量以使状态从初始状态(|i>)转换到被耦合或解耦合的离散状态或连续状态，诸如取决于什么偏压被施加到栅极702以及在触点216A和216B之间产生的电场。
漏极706可以包括零维结构210A-B的最终状态(|f>)。漏极706可以包括一个被配置成将声子传输通过其的引线元件226。引线元件226可以是声子波导，或者是光子波导、孔316、导电电线或自旋电子引线元件中的一个或多个的组合。通过施加到触点216A-B的电偏压或通过引线元件224提供的激发能量可以至少部分地确定通过引线元件226发射的声子。
图8示出了漏极706处的声子强度相对于施加在栅极702处的电压的散点图和线状图表800的一个实施例。散点图800示出了一个由虚线806以上和虚线802以下的空间指示的区域，在该区域，声子生成可以被增强(例如，被增多)。虚线806以上的空间可以是可以产生零维结构210A-B的量子状态之间的建设性干涉的位置。散点图800示出了一个由虚线806以下和虚线804以上的空间指示的区域，在该区域，声子的产生可以被抑制(例如，被减少)。虚线806以下的空间可以是可以产生零维结构210A-B的量子状态之间的破坏性干涉的位置。声子控制机构(例如，声子晶体管或声子FET)的选通机构可以帮助增强或抑制声子的生成，诸如通过改变或控制栅极电压或施加到触点216A-B的电偏压。散点图800示出了一个由虚线806以上的空间指示的区域，在该区域，源极704产生或生成声子，诸如，数目提高的或更大数目的声子。
图9A和图9B示出了强度相对于栅极电压的散点图900A和900B。如可以看到的，通过改变源极704处的激发能量(诸如，图9A中示出的)或激发功率密度(诸如，图9B中示出的)或栅极702处栅极电压，可以实现多种类似晶体管的开关特性。如在本文中使用的，“强度”可以是穿过相应的声子控制器件或机构的漏极的声子的数目。就此而言，高强度可以意味着大量的声子被耗散或穿过漏极706(例如，引线元件226)。
图10示出了用于制作声子控制机构的技术1000的一个实施例的流程图。在1002处，一对量子点可以被安排在一个半导体内。所述量子点可以被安排成使得所述一对量子点的量子状态在存在电场的情况下共振。安排两个量子点可以包括使第一量子点材料位于该半导体的一个衬底之上以便形成所述一对量子点的第一量子点且使第二量子点材料位于该第一量子点材料之上以便形成所述一对量子点的第二量子点。第一或第二量子点材料或本征材料可以包括与半导体材料212或添加物相同的材料。在1004处，一个声子波导可以被耦合至该半导体。
技术1000可以包括将一个光学引线、电引线或声子引线耦合至该半导体。该技术可以包括使一个本征材料层位于该衬底之上，其中第一量子点材料和第二量子点材料被该本征半导体材料层间隔开。该本征半导体材料可以使第一量子点材料和第二量子点材料间隔开不到一百纳米。
图11示出了使用声子特性来确定衬底内的应变或运动的应变或运动传感器器件1100的一个实施例的方块图。由于与|iX>状态的共振，晶格振动(由同心环1102代表)可以被相干地约束(tie)到零维结构210A-B(由箭头1104代表约束)。考虑包括一个可以将激发能量从一个光源提供至零维结构210A-B的源极引线元件224的控制机构200。在未应变的(例如，未扰动的)衬底中，分子极化子持续以未扰动存在达一定量的时间，也被称为“相干时间”。相干时间越长，与分子极化子相互作用的衬底的体积越大或分子极化子感测的衬底的体积越大。衬底中的应变改变由材料支持的声子的频谱，因此改变分子极化子且导致退相干或缩短的相干时间。通过增大光源的光学功率可以增加声子的相干时间。
通过分析声子诱发的透明度信号(例如，声子的深度或谱宽，诸如图8中示出的)可以看到此效应。然后从该透明度信号导出衬底中的运动或应变。衬底中的应变可以是衬底中的缺陷、衬底的变形(例如，弯曲)的结果。该变形可以是加速度地心引力或在衬底的常规运动中导致的。因此，在本文中讨论的声子控制机构可以用在加速计、重力梯度仪、功率传感器、应变仪或其他应变或运动装置中。
附加说明和实施例
通过一个或多个示例实施方案可以理解本公开内容的一个或多个方面。
实施例1可以包括或使用主题(诸如，一种包括被配置成执行动作的处理器的设备、一种方法、一种用于执行动作的装置，或一种包括指令的设备可读存储器，当通过设备执行所述指令时，所述指令可以使得该设备执行动作)，诸如可以包括或使用：多个电触点；两个量子点，所述两个量子点被嵌入半导体中，使得当电偏压被施加到所述电触点时，该电偏压产生的电场大体上平行于经过所述两个量子点的轴线；以及一个声子波导，该声子波导被耦合至该半导体，该声子波导被配置成通过其输送声子。
实施例2可以包括或使用，或可以可选地与实施例1的主题结合，以包括或使用一个被配置成向该半导体提供激发能量的引线，其中该引线是光学引线、电引线或声子引线。
实施例3可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-2中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中该电场的一个电场线与经过所述两个量子点的轴线同轴。
实施例4可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-3中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中该声子在该电场存在的情况下是相干的且非耗散的。
实施例5可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-4中的至少一个的主题结合，其中取决于该电场的存在与否，该声子是相干的且非耗散的。
实施例6可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-5中的至少一个的主题结合，其中根据施加的电场该声子被局部化在所述两个量子点中的一个量子点中。
实施例7可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-6中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中所述两个量子点被间隔开以便在该电场存在的情况下形成一个极化子或一个间接激子。
实施例8可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-7中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中所述两个量子点包括第一量子点和第二量子点，其中该第一量子点和该半导体提供一个连续状态，其中该第二量子点提供一个离散状态，其中当该电偏压被施加到所述电触点时，该连续状态和该离散状态被耦合，且其中该电偏压为该耦合提供一个选通机构，使得当该电偏压包括第一电势时，该电场抑制声子的生成或传输，且当该电偏压包括不同于该第一电势的第二电势时，该电场促进声子的生成或传输。
实施例9可以包括或使用，或可以可选地与实施例1-8中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中由该电场来确定通过该声子波导发射的声子。
实施例10可以包括或使用，或可以可选地与实施例2-9中的至少一个的主题结合，其中可以通过调节激发能量、谱宽、功率密度、该激发能量的相干性或该激发能量的持续时间来调节输送的或生成的声子的数目。
实施例11可以包括或使用主题(诸如，一种包括被配置成执行动作的处理器的设备、一种方法、一种用于执行动作的装置，或一种包括指令的设备可读存储器，当通过设备执行所述指令时，所述指令可以使得该设备执行动作)，诸如可以包括或使用将一对量子点安排在一个半导体内，使得在存在电场的情况下所述一对量子点的量子状态共振；以及将一个声子波导耦合到该半导体。
实施例12可以包括或使用，或可以可选地与实施例11的主题结合，以包括或使用将一个光学引线、电引线或声子引线耦合至该半导体。
实施例13可以包括或使用，或可以可选地与实施例11-12中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中安排所述两个量子点包括使用位点受控生长技术使第一量子点材料与第二量子点材料水平地相邻。
实施例14可以包括或使用，或可以可选地与实施例11-12中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中安排所述两个量子点包括使第一量子点材料位于该半导体的一个衬底之上以便形成所述一对量子点中的第一量子点，并且使第二量子点材料位于该第一量子点材料之上以便形成所述一对量子点中的第二量子点。
实施例15可以包括或使用，或可以可选地与实施例14的主题结合，以包括或使用使一个本征材料层位于该半导体衬底之上，其中该第一量子点材料和第二量子点材料被该本征半导体材料层间隔开。
实施例16可以包括或使用，或可以可选地与实施例11-15中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中该第一量子点材料包括砷化铟。
实施例17可以包括或使用，或可以可选地与实施例15-16中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中该本征半导体材料包括砷化镓或其他本征半导体。
实施例18可以包括或使用，或可以可选地与实施例15-17中的至少一个的主题结合，以包括或使用其中该本征半导体材料将该第一量子点材料和该第二量子点材料间隔开不到一百纳米。
实施例19可以包括或使用主题(诸如，一种包括被配置成执行动作的处理器的设备、一种方法、一种用于执行动作的装置，或一种包括指令的设备可读存储器，当通过设备执行所述指令时，所述指令可以导致该设备执行动作)，诸如可以包括或使用一个用于提供激发能量的装置，一个声子晶体管，该声子晶体管被耦合至该用于提供激发能量的装置。该声子晶体管可以包括(1)一个导电介质，(2)第一导电元件和第二导电元件，该第一导电元件和该第二导电元件被电耦合至该导电介质，该第一导电元件和该第二导电元件被配置成当电势被施加至该第一导电元件和该第二导电元件时将该电势提供至该导电介质，(3)第一量子点和第二量子点，该第一量子点和该第二量子点被嵌入该导电介质中，使得在由该电势提供的电场存在的情况下，该第一量子点的一个状态与该第二量子点和该导电介质的结合的一个状态耦合，(4)一个引线元件，该引线元件被耦合至该用于提供激发能量的装置，该引线元件被配置成向该导电介质提供该激发能量，或(5)第一声子波导，该第一声子波导被耦合至该导电介质，该声子波导被配置成输送在该导电介质内生成的声子。
实施例20可以包括或使用，或可以可选地与实施例19的主题结合，以提供或使用其中该用于提供激发能量的装置包括一个激光器且其中该引线元件包括一个光纤。
实施例21可以包括或使用，或可以可选地与实施例19-20中的至少一个的主题结合，以提供或使用其中该用于提供激发能量的装置包括一个电源且该引线元件包括一个电线。
实施例22可以包括或使用，或可以可选地与实施例19-21中的至少一个的主题结合，以提供或使用其中该引线元件包括第二声子波导。
实施例23可以包括或使用，或可以可选地与实施例19-22中的至少一个的主题结合，以提供或使用其中该电场大体上平行于经过该第一量子点和该第二量子点的轴线。
实施例24可以包括或使用，或可以可选地与实施例19-23中的至少一个的主题结合，其中该导电介质包括一个半导体二极管。
实施例25可以包括或使用，或可以可选地与实施例19-24中的至少一个的主题结合，其中该第一量子点和该第二量子点被封装在被配置成屏蔽该第一量子点和该第二量子点免于与该导电介质直接接触的电绝缘材料中。
尽管已经参考具体实施方案描述了该主题的概述，但是在不脱离本公开内容的较宽泛的精神和范围的前提下，可以对这些实施方案做多种改型和改变。
在本文中例示的实施方案被详细地描述以使得本领域的技术人员能够实践公开的教导。其他实施方案可以被使用和被从其中导出，使得在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以做出结构和逻辑的替换和改变。因此，具体实施方式不应理解成具有限制的意义，且多个实施方案的范围仅由所附权利要求连同这样的权利要求赋予权利的等同物的全部范围限定。
此外，可以为在本文中被描述为单个实例的资源、操作或结构提供复数个实例。此外，多种资源、具有参考数字的项、或操作之间的边界在一定程度上是任意的，并且在具体示例性配置的环境中例示了特定操作。可以设想其他功能的分配并且可以落本发明的多个实施方案的范围内。通常，在示例配置中呈现为单独资源的结构和功能可以被实施为组合的结构或资源。类似地，呈现为单个资源的结构和功能可以被实施为单独资源。
在此文件中，术语“一”或“一个”被使用，像在专利文件中常见的，以包括一个或者不止一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在此文件中，术语“或”被用来指无排他性的或，使得“A或B”包括“A但不包括B”、包括“B但不包括A”和包括“A和B”，除非另有指示。在此文件中，术语“包括(including)”和“在其中(in which)”被用作代表相应的术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英语的等同物。另外，在下面的权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，换言之，除了在一个权利要求中的这样的术语之后列出的那些元件之外还包括其他元件的系统、设备、物品、成分、制剂或方法都落入该权利要求的范围内。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标记，并且意在对它们的对象施加任何数值要求。
如在本文中使用的，在前一段中讨论的非排他性意义上，当涉及参考数字时“-”(破折号)意味着在破折号指示的范围内的所有元素的“或”。例如，103A-B意味着在范围{103A，103B}内的元素的非排他性的“或”，使得103A-103B包括“103A但不包括103B”、包括“103B但不包括103A”和包括“103A和103B”。
这些和其他变化、修改、添加以及改进落入如由所附权利要求代表的发明主题的范围内。因此，本说明书和附图将被认为具有例示性而非限制性意义。

Claims (12)

1.一种声子晶体管，包括：
多个电触点；
两个量子点，所述两个量子点被嵌入半导体中，使得当电偏压被施加到所述电触点时，该电偏压产生的电场大体上平行于经过所述两个量子点的轴线，其中所述两个量子点包括第一量子点和第二量子点，其中该第一量子点和该半导体提供一个连续状态，其中该第二量子点提供一个离散状态，其中当该电偏压被施加到所述电触点时，该连续状态和该离散状态被耦合，且其中该电偏压为该耦合提供一个选通机构，使得当该电偏压包括第一电势时，该电场抑制声子的生成或传输，且当该电偏压包括不同于该第一电势的第二电势时，该电场促进声子的生成或传输；以及
一个声子波导，该声子波导被耦合至该半导体，该声子波导被配置成通过其输送声子。
2.根据权利要求1所述的声子晶体管，还包括：
一个被配置成向该半导体提供激发能量的引线，其中该引线是光学引线、电引线或声子引线。
3.根据权利要求1所述的声子晶体管，其中该电场的一个电场线与经过所述两个量子点的轴线同轴。
4.根据权利要求1所述的声子晶体管，其中根据该电场该声子被局部化在所述声子点中。
5.根据权利要求4所述的声子晶体管，其中所述两个量子点被间隔开以便在该电场存在的情况下形成一个极化子或一个间接激子。
6.根据权利要求1所述的声子晶体管，其中由该电场来确定通过该声子波导发射的声子。
7.一种声子控制系统，包括：
一个用于提供激发能量的装置；
一个声子晶体管，该声子晶体管被耦合至该用于提供激发能量的装置，该声子晶体管包括：
一个导电介质；
第一导电元件和第二导电元件，该第一导电元件和该第二导电元件被电耦合至该导电介质，该第一导电元件和该第二导电元件被配置成当电势被施加至该第一导电元件和该第二导电元件时将该电势提供至该导电介质；
第一量子点和第二量子点，该第一量子点和该第二量子点被嵌入该导电介质中，使得在由该电势提供的电场存在的情况下，该第一量子点的一个状态与该第二量子点和该导电介质的结合的一个状态耦合；
一个引线元件，该引线元件被耦合至该用于提供激发能量的装置，该引线元件被配置成向该导电介质提供该激发能量；以及
第一声子波导，该第一声子波导被耦合至该导电介质，该第一声子波导被配置成输送在该导电介质内生成的声子。
8.根据权利要求7所述的系统，其中该用于提供激发能量的装置包括一个激光器且其中该引线元件包括一个光纤。
9.根据权利要求7所述的系统，其中该用于提供激发能量的装置包括一个电源且该引线元件包括一个电线。
10.根据权利要求7所述的系统，其中该引线元件包括第二声子波导。
11.根据权利要求7所述的系统，其中该电场大体上平行于经过该第一量子点和该第二量子点的轴线。
12.根据权利要求7所述的系统，其中该导电介质包括一个半导体二极管。
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