JP2005039103A - Quantum mechanical switching method and device by metal atom/ metal cluster - Google Patents

Quantum mechanical switching method and device by metal atom/ metal cluster Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure high speed switching with any reduced limitation of electrode metal and an operation environment. <P>SOLUTION: An atmospheric pressure scanning tunnel microscope system is used, and Pt/Ir is used for a probe 2 as one electrode. A silver fine particle deposition film 6 is formed by dropping a dispersion solution obtained by dispersing silver fine particles being a metal cluster in acetone onto a graphite substrate 4 as the other electrode, and evaporating the acetone. Thereafter, the probe 2 is forced to approach the silver fine particle deposition film 6, and feedback is made off, voltage operation is performed by a power supply device 8, and a current change and a conductance change are measured by an ampere meter 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、現在の半導体産業に代表されるナノメートルスケールの極微細構造作製に関し、特に、量子化コンダクタンスが出現するナノコンタクトを金属原子又は金属クラスターを用いて行なう量子メカニカルスイッチ方法と装置に関するものである。   The present invention relates to fabrication of nanometer-scale ultra-fine structures represented by the current semiconductor industry, and more particularly to a quantum mechanical switch method and apparatus for performing nanocontact using a metal atom or metal cluster in which quantized conductance appears. It is.

これまでの量子化コンダクタンスが出現する領域でのナノコンタクトは、金属原子、主に貴金属(Au,Ag,Cu等)を用いて行なわれてきた。
一つは、超高真空中で、金の探針を機械的に接触させ、引き離しを行なうことによる原子架橋生成である(非特許文献1参照。)。その論文では、銅の細線に金を蒸着した試料表面に、金のSTM(走査トンネル顕微鏡)探針を接触させ、探針と試料間に一定の電圧を印加させながら引き離す時に形成される金原子架橋の変化の様相をTEM(透過型電子顕微鏡)で観測しながらそのコンダクタンスを測定することにより、金原子架橋の構造とコンダクタンスの対応付けを行なっている。図4では(a)から(f)の順に探針間を引き離すことにより原子架橋が細くなっていく様子をTEM像により示している。上下の黒い三角形の物体がSTM探針と試料表面であり、その間に原子架橋が形成されており、(f)で原子架橋が消滅している。図5はSTM探針と試料表面とが離れるに伴って、コンダクタンスが階段状に減少している様子を示しており、(a)〜(f)は図4の(a)〜(f)の状態に対応している。
Conventional nanocontact in the region where the quantized conductance appears has been performed using metal atoms, mainly noble metals (Au, Ag, Cu, etc.).
One is the generation of atomic bridges by mechanically bringing a gold probe into contact with each other in an ultrahigh vacuum (see Non-Patent Document 1). In this paper, a gold STM (scanning tunneling microscope) probe is brought into contact with the surface of a sample obtained by depositing gold on a thin copper wire, and gold atoms formed when a constant voltage is applied between the probe and the sample. The conductance is measured while observing the change of the cross-linking with a TEM (transmission electron microscope), thereby associating the structure of the gold atom cross-linking with the conductance. FIG. 4 shows a TEM image of how the atomic bridge becomes narrower by separating the probes in the order of (a) to (f). The upper and lower black triangular objects are the STM probe and the sample surface, and an atomic bridge is formed between them, and the atomic bridge disappears in (f). FIG. 5 shows a state in which the conductance decreases stepwise as the STM probe and the sample surface move away. FIGS. 5 (a) to (f) are the same as FIGS. 4 (a) to 4 (f). It corresponds to the state.

また、一方で、溶液中で電気化学反応を利用して原子架橋の生成・消滅を制御する方法も報告されている(非特許文献2参照。)。その論文では、硫酸銅溶液中に配置された金基板表面に、先端部以外をワックスで覆ったSTM探針(Pt/Ir)を10〜150nmの間隔まで接近させ、その後探針と基板のそれぞれの電極電位を操作して、銅イオン又は銅原子の酸化・還元反応を制御することにより、電極間に銅原子架橋を形成し、また、それを消滅させている。図6はその実験系の概念図である。この銅原子架橋の形成・消滅は、電極間電流の変化により確認できる。   On the other hand, a method for controlling the generation / extinction of atomic bridges using an electrochemical reaction in a solution has also been reported (see Non-Patent Document 2). In that paper, an STM probe (Pt / Ir) covered with wax on the surface of a gold substrate placed in a copper sulfate solution was approached to an interval of 10 to 150 nm, and then each of the probe and the substrate By controlling the oxidation / reduction reaction of copper ions or copper atoms by manipulating the electrode potential of copper, a copper atom bridge is formed between the electrodes and is eliminated. FIG. 6 is a conceptual diagram of the experimental system. The formation / disappearance of the copper atom bridge can be confirmed by a change in the interelectrode current.

さらに、原子間力顕微鏡(AFM)のカンチレバーで直接、金属クラスターを電極間に移動させてナノコンタクトを形成して電極間のコンダクタンスを観測している実験例もある(非特許文献3参照。)。そこでは、まず、試料表面をAFM観察し電極(Ti/Au:SiO2表面にTiを蒸着した後Auを蒸着したもの)と金ナノ粒子の位置を確認する。そして、フィードバックをオフにし動かしたいナノ粒子の後方付近にAFM探針をもってきて、AFM探針の側面でナノ粒子を移動させたい方向に押して動かす。ナノ粒子を移動させたのち、フィードバックをオンにして再び像観測し、ナノ粒子の移動状態を確認する。この操作を、所望の位置にナノ粒子を移動させるまで繰り返す(図7(a)〜(d))。図8は、電極間に1mVの電圧を印加して、電極間へのナノ粒子の「押し入れ」・「押し出し」を繰り返したときの電流変化を示している。その結果、粒子を電極に押し入れた後、急激な電流増加が観測され、そのときの電極間の抵抗値は100Ωになり、その後粒子を電極から押し出すと電流がゼロになる。このように、ナノサイズの微粒子の機械的な位置操作により、金属電極と金属ナノ粒子との接合・非結合をオン・オフするスイッチング制御が実現されている。 Furthermore, there is an experimental example in which the conductance between the electrodes is observed by directly moving the metal cluster between the electrodes by using a cantilever of an atomic force microscope (AFM) to form a nanocontact (see Non-Patent Document 3). . First, the surface of the sample is observed with AFM, and the positions of the electrodes (Ti / Au: SiO 2 surface after Ti is evaporated and Au is evaporated) and gold nanoparticles are confirmed. Then, turn off the feedback, bring the AFM probe near the back of the nanoparticle to be moved, and push and move the nanoparticle on the side surface of the AFM probe in the direction to move. After moving the nanoparticles, turn the feedback on and observe the image again to confirm the movement of the nanoparticles. This operation is repeated until the nanoparticles are moved to a desired position (FIGS. 7A to 7D). FIG. 8 shows a change in current when a voltage of 1 mV is applied between the electrodes and the nanoparticle is “intruded” and “extruded” between the electrodes repeatedly. As a result, a sudden increase in current is observed after the particles are pushed into the electrode, the resistance value between the electrodes at that time becomes 100Ω, and then the current becomes zero when the particles are pushed out of the electrode. As described above, switching control for turning on / off the bonding / non-bonding between the metal electrode and the metal nanoparticles is realized by the mechanical position manipulation of the nano-sized fine particles.

一方、固体電解質(例えばAg2S)を用いて、電圧操作により原子架橋の生成・消滅を制御している研究例が一件存在する(非特許文献4参照。)。そこでは、固体電解質中の金属原子の移動・析出を利用しており、量子化コンダクタンスを十分制御できている。しかしながら、電極を固体電解質で作製することが不可欠である。
高柳邦夫, 近藤行人、大西秀明,応用物理69巻、10号、1215頁、(2000) C. Z. Li and N. J. Tao, Appl. Phys. Lett., 72 (1998) 894. L. Samuelson, et.al, Appl. Phys. Lett., 72 (1998) 548 T.Hasegawa et.al. RIKEN Review 37 (2001) 7. 川畑有郷、日本物理学会誌 55巻、4号、256頁
On the other hand, there is one research example that uses a solid electrolyte (for example, Ag 2 S) to control the generation / extinction of atomic bridges by voltage manipulation (see Non-Patent Document 4). In this case, movement and precipitation of metal atoms in the solid electrolyte are used, and the quantized conductance can be sufficiently controlled. However, it is essential to make the electrode with a solid electrolyte.
Kunio Takayanagi, Yukito Kondo, Hideaki Onishi, Applied Physics 69, 10, 1215, (2000) CZ Li and NJ Tao, Appl. Phys. Lett., 72 (1998) 894. L. Samuelson, et.al, Appl. Phys. Lett., 72 (1998) 548 T. Hasegawa et.al.RIKEN Review 37 (2001) 7. Yugo Kawabata, Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 55, No. 4, page 256

上述した金属ワイヤー、金属クラスターによるナノコンタクトの形成においては、基本的に超高真空システムを必要とする。
また、ナノコンタクトの制御において、両電極の機械的動作又は金属クラスターの機械的操作を基本としており、ナノメータスケールでの微動機構が必要である。
The formation of nanocontacts using the metal wires and metal clusters described above basically requires an ultra-high vacuum system.
In addition, the nanocontact control is based on the mechanical operation of both electrodes or the mechanical operation of the metal cluster, and requires a fine movement mechanism on the nanometer scale.

電気化学的作成法においては電解質溶液が必要である。
ナノコンタクトを利用したスイッチングを行なおうとすると上記のような機械的な操作のため、オン・オフ速度が極端に遅く、スイッチとしては役目を果たさない。
固体電解質を利用した原子細線構築では、スイッチング速度は十分早いと考えられるが、Ag2S等の固体電解質を電極として使用する必要がある。
Electrochemical preparation requires an electrolyte solution.
When switching using nano-contact is performed, the on / off speed is extremely slow due to the mechanical operation as described above, and it does not serve as a switch.
In the atomic wire construction using the solid electrolyte, the switching speed is considered to be sufficiently fast, but it is necessary to use a solid electrolyte such as Ag 2 S as the electrode.

本発明は、電極金属についても動作環境についても制約が少なく、高速でスイッチングさせることができる量子メカニカルスイッチング方法と装置を提供することを目的とするものである。   It is an object of the present invention to provide a quantum mechanical switching method and apparatus that can be switched at high speed with few restrictions on the electrode metal and the operating environment.

本発明の量子メカニカルスイッチング方法は、互いに分離可能な金属原子又は金属クラスターの近傍に間隔をもって対向する金属電極を配置し、その金属電極間の間隔を前記金属原子又は金属クラスターにより連結して量子化コンダクタンスを単位とする電流が流れる大きさに設定し、前記金属電極間への電圧印加の断続又は印加電圧の極性切替えを行なうことにより前記金属電極間で前記金属原子又は金属クラスターによる量子化コンダクタンスを単位とする電流が流れるナノコンタクトの生成と消滅を行なわせるものである。   In the quantum mechanical switching method of the present invention, metal electrodes facing each other with a gap are arranged in the vicinity of separable metal atoms or metal clusters, and the gap between the metal electrodes is connected by the metal atoms or the metal clusters for quantization. By setting the magnitude of a current flowing in units of conductance, and performing intermittent switching of voltage application between the metal electrodes or switching of the polarity of the applied voltage, the quantized conductance due to the metal atoms or metal clusters between the metal electrodes is changed. The nano-contact that generates a unit current is generated and extinguished.

上述した従来のナノコンタクト制御技術に対し、本発明では、電極金属の元素は問わず、電極間に金属原子または金属クラスターを配置することだけで動作する。また、動作環境についても、超高真空内、大気圧下、溶液中を問わず、温度調整も本質的に必要ではない。   In contrast to the conventional nanocontact control technology described above, the present invention operates by simply arranging metal atoms or metal clusters between the electrodes, regardless of the element of the electrode metal. Also, regarding the operating environment, temperature adjustment is essentially unnecessary regardless of whether it is in ultra-high vacuum, atmospheric pressure or in solution.

本発明のナノコンタクト制御方法は、ナノメータスケール、例えば数〜数百nmに近づけた電極間に、適当な金属原子・金属クラスターを配置することにより、電圧操作により金属原子や金属クラスターの位置的変位を促し、金属原子や金属クラスターと電極金属の原子レベルでの接触すなわちナノコンタクトを実現するものである。   In the nanocontact control method of the present invention, an appropriate metal atom or metal cluster is arranged between electrodes close to a nanometer scale, for example, several to several hundreds of nanometers. To achieve contact at the atomic level of metal atoms or metal clusters and electrode metal, that is, nanocontact.

この量子メカニカルスイッチング方法を実現する本発明の量子メカニカルスイッチ装置は、互いに分離して移動可能な金属原子又は金属クラスターと、前記金属原子又は金属クラスターにより連結して量子化コンダクタンスを単位とする電流が流れるナノコンタクトを生成しうる間隔に配置された対向金属電極と、前記金属電極間に前記金属原子又は金属クラスターによるコンタクトの生成と消滅を行なわせるように前記金属電極間への電圧印加の断続又は印加電圧の極性切替えを行なう電源装置とを備えている。   The quantum mechanical switching device of the present invention that realizes this quantum mechanical switching method includes a metal atom or a metal cluster that can move separately from each other, and a current in units of quantized conductance that is connected by the metal atom or metal cluster. An opposing metal electrode arranged at an interval capable of generating a flowing nano-contact, and intermittent application of voltage between the metal electrodes so as to cause generation and disappearance of the contact by the metal atom or metal cluster between the metal electrodes or And a power supply device for switching the polarity of the applied voltage.

金属クラスターは種々の粒径のものに分級されて市販されている。金属原子は市販の金属粒を真空蒸着により表面に吸着させたものを使用することができる。
電源装置による金属電極への印加電圧は数V以下とすることができ、またスイッチング電源装置による金属電極への電圧印加のスイッチング速度は100kHz以上に設定することができる。
Metal clusters are classified into various particle sizes and are commercially available. As the metal atom, commercially available metal particles adsorbed on the surface by vacuum deposition can be used.
The voltage applied to the metal electrode by the power supply device can be several volts or less, and the switching speed of the voltage application to the metal electrode by the switching power supply device can be set to 100 kHz or more.

本発明は、ナノメータサイズに接近させた電極間に、金属原子又は金属クラスターを配置するだけの簡単な環境で、両電極間の印加電圧変化を高速で行なって、原子スケールでの接触状態を生成・消滅させる、ナノコンタクトを利用した原子スイッチである。しかも、常温・常圧でも実現できる。
このことにより従来の半導体におけるスイッチに対して、省エネルギー化、プロセスの煩雑さの軽減、新しい方式に基づくデバイス構築が期待される。
The present invention generates a contact state on an atomic scale by changing applied voltage between both electrodes at high speed in a simple environment in which metal atoms or metal clusters are arranged between electrodes brought close to a nanometer size. -An atomic switch that uses nanocontacts to disappear. Moreover, it can be realized at room temperature and pressure.
As a result, energy saving, process complexity reduction, and device construction based on a new method are expected for conventional semiconductor switches.

図1は、本発明方法を実現した装置の概要である。
実験は大気圧走査トンネル顕微鏡システムを用い、一方の電極としての探針2にはPt/Ir(Pt(80%)/Ir(20%)の合金で、通常、表面にはPtが偏析している。)を用いる。他方の電極としてのグラファイト基板4上に、金属クラスターである粒径30〜150nmの銀微粒子(ナノシルバー:韓国NANO TNC社の製品)をアセトンに分散させた分散液を滴下し、アセトンを蒸発させて銀微粒子堆積膜6を形成する。そして、その後、探針2を銀微粒子堆積膜6に接近させ、フィードバックをオフにした後、電源装置8により電圧操作を行ない、電流計10により電流変化、コンダクタンス変化を測定した。
FIG. 1 is an outline of an apparatus for realizing the method of the present invention.
In the experiment, an atmospheric pressure scanning tunneling microscope system is used, and the probe 2 as one electrode is made of an alloy of Pt / Ir (Pt (80%) / Ir (20%)). Usually, Pt is segregated on the surface. Is used). On the graphite substrate 4 as the other electrode, a dispersion liquid in which silver fine particles having a particle size of 30 to 150 nm (nano silver: a product of NANO TNC, Korea), which is a metal cluster, are dispersed in acetone is dropped to evaporate the acetone. Thus, a silver fine particle deposition film 6 is formed. Then, after the probe 2 was brought close to the silver fine particle deposition film 6 and the feedback was turned off, voltage operation was performed by the power supply device 8 and current change and conductance change were measured by the ammeter 10.

図2はその測定結果を示したものであり、両電極2,4間に印加した電圧を上部に,観測されたコンダクタンスを下部に示す。横軸は時間(秒)である。試料電圧がプラス0.5Vの状態ではトンネル電流(1nA程度)が流れているが、プラス2Vに上げると急激に電流が増加していることがわかる。   FIG. 2 shows the measurement results. The voltage applied between the electrodes 2 and 4 is shown in the upper part, and the observed conductance is shown in the lower part. The horizontal axis is time (seconds). When the sample voltage is plus 0.5 V, a tunnel current (about 1 nA) flows, but when the sample voltage is raised to plus 2 V, the current increases rapidly.

この電流を詳しく調べると、中にはその変化が階段状になっているものも観測された。すなわち、量子化されていることがわかり、原子単位での架橋生成を示している。このデータでは、ナノコンダクタンスの値1G0を示しており、以下の量子化コンダクタンスの語句の説明から明らかなように量子化されていること、及び電圧印加の間は一定の量子化コンダクタンスを示していることがわかる。この量子数nは必ずしも1ではなく、試料表面上の位置によってはnが一ケタ台の種々の値をとる。また、上記の電圧方形波を繰り返し印加しても量子化コンダクタンスの値は再現性がある。 When this current was examined in detail, some of the changes were stepped. That is, it can be seen that it is quantized, and shows the formation of cross-links in atomic units. This data shows a nanoconductance value of 1G 0 , which is quantized as will be apparent from the following explanation of quantized conductance, and shows a constant quantized conductance during voltage application. I understand that. This quantum number n is not necessarily 1, and depending on the position on the sample surface, n takes various values on the order of one digit. Even if the voltage square wave is repeatedly applied, the value of the quantized conductance is reproducible.

ここで、「量子化コンダクタンス」の語句について説明する。一次元電子系の電子伝導率の議論にはランダウアーの理論がよく使われる(例えば非特許文献5参照。)。これによれば、相互作用しない一次元電子系のコンダクタンスは、電子散乱がない状態で、2e2/h(eは電子の電荷、hはプランク定数)である。この値は、量子化コンダクタンスと呼ばれ、系に依存しない普遍的値である。通常は透過係数Tを掛け合わせて、G=nG0T(nは正整数)と表すことが多く、G0は量子化コンダクタンスの素量で(1/12.4)S(Sはジーメンス)である。有機分子等は別にして、金属ではTはほぼ1であることから、原子架橋のようにナノコンタクトが起こっている場合、コンダクタンスは量子化され、とびとびの値を示すようになる。 Here, the phrase “quantized conductance” will be described. Landauer's theory is often used to discuss the electronic conductivity of one-dimensional electron systems (see Non-Patent Document 5, for example). According to this, the conductance of the one-dimensional electron system that does not interact is 2e 2 / h (e is the charge of the electron, and h is the Planck's constant) in the absence of electron scattering. This value is called quantized conductance and is a universal value independent of the system. Usually, it is often expressed as G = nG 0 T (n is a positive integer) by multiplying by the transmission coefficient T, where G 0 is a prime quantity of quantized conductance (1 / 12.4) S (S is Siemens) It is. Aside from organic molecules and the like, T is almost 1 in metal, so when nanocontact occurs like atomic bridge, conductance is quantized and shows discrete values.

図3は、ナノコンタクトによる量子化コンダクタンスを、印加電圧変化の速度を上げることにより量子化コンダクタンス制御によるスイッチング速度を上げて測定した例である。記号Vsで示される波形は印加電圧、記号Cで示される波形はそれに伴うコンダクタンスの値を表わしている。印加電圧Vsとして±1.5V、40kHzの方形波を、連続6波印加したときのコンダクタンス変化であり、印加電圧Vsが正の領域で架橋が形成され、印加電圧Vsが負の領域で消滅していることがわかる。   FIG. 3 shows an example in which the quantized conductance by nanocontact is measured by increasing the switching speed by controlling the quantized conductance by increasing the speed of applied voltage change. The waveform indicated by the symbol Vs represents the applied voltage, and the waveform indicated by the symbol C represents the conductance value associated therewith. This is a change in conductance when 6 waves of a square wave of ± 1.5 V and 40 kHz are applied as the applied voltage Vs. A bridge is formed when the applied voltage Vs is positive, and the applied voltage Vs disappears when the applied voltage Vs is negative. You can see that

この例のように、絶対値が等しい印加電圧Vsの極性変化に対し、印加電圧Vsが正の領域で架橋が形成、負領域で消滅させることができるとき、極性の変化によってより確実に、スイッチング制御が可能になる。   As shown in this example, when the polarity of the applied voltage Vs having the same absolute value is changed, when the applied voltage Vs can form a bridge in the positive region and disappear in the negative region, the switching of the polarity is more reliably performed. Control becomes possible.

また、スイッチング速度は現在応答時間が架橋形成時、及び架橋消滅時とも、一回の試行であるが0.3μs、すなわち300MHzまで速い応答が確認されており、このスイッチの実行スイッチング速度はMHz領域であることは確実である。
図1は実験段階での構成を示しているので、一方の電極4として平板状のものを使用しているが、スイッチとして装置化する際には用途に応じて電極形状は適宜変形すればよい。
In addition, the switching speed is a single trial both when the bridge is formed and when the bridge is extinguished, but a fast response up to 0.3 μs, that is, 300 MHz has been confirmed. It is certain to be.
Since FIG. 1 shows a configuration at the experimental stage, a flat plate is used as one of the electrodes 4. However, when the device is formed as a switch, the electrode shape may be appropriately changed depending on the application. .

本発明の量子メカニカルスイッチング方法及び装置は、安価で、作製が容易な、低電圧、低消費電力の超小型スイッチとして利用することができる。電極を三極化することによって、リレースイッチとすることが可能である。また、その動作原理から、揮発性メモリーに利用できる可能性もある。   The quantum mechanical switching method and apparatus of the present invention can be used as a low-voltage, low-power consumption microminiature switch that is inexpensive and easy to manufacture. A relay switch can be formed by tripolarizing the electrodes. Moreover, there is a possibility that it can be used for a volatile memory because of its operation principle.

一実施例における電極部分を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrode part in one Example roughly. 一実施例において、方形波の電圧を印加したときの電極間のコンダクタンスの変化の様子を示す図である。In one Example, it is a figure which shows the mode of the change of the conductance between electrodes when the voltage of a square wave is applied. 同実施例において±1.5V、40kHzの方形波を、連続6波印加したときのコンダクタンス変化を示す図である。It is a figure which shows the conductance change when six continuous waves are applied to the square wave of ± 1.5 V and 40 kHz in the same embodiment. 従来の方法において、銅の細線に金を蒸着した試料表面に、金のSTM探針を接触させ、探針と試料間に一定の電圧を印加させながら引き離す時に形成される金原子架橋の変化の様子を示したTEM像である。In the conventional method, a change in the gold atom bridge formed when a gold STM probe is brought into contact with the surface of a sample obtained by depositing gold on a thin copper wire and a constant voltage is applied between the probe and the sample is separated. It is the TEM image which showed the mode. 図4の状態に対応したコンダクタンス変化を示す図である。It is a figure which shows the conductance change corresponding to the state of FIG. 従来の方法において、溶液中で電気化学反応を利用して原子架橋を生成する実験系の概念図である。It is a conceptual diagram of the experimental system which produces | generates an atomic bridge | crosslinking using an electrochemical reaction in a solution in the conventional method. 従来の方法において、AFMのカンチレバーで金属クラスターを電極間に移動させてナノコンタクトを形成する様子を示すAFM画像である。It is an AFM image which shows a mode that a metal cluster is moved between electrodes by the cantilever of AFM and a nanocontact is formed in the conventional method. 図7の方法において電極間に電圧を印加して電極間へのナノ粒子の押し入れ・電極からの押し出しを繰り返したときの電流変化を示す図である。It is a figure which shows an electric current change when a voltage is applied between electrodes in the method of FIG. 7, and the pushing-in of the nanoparticle between electrodes and the extrusion from an electrode are repeated.

符号の説明Explanation of symbols

2 探針
4 グラファイト基板
6 銀微粒子堆積膜
8 電源装置
2 Probe 4 Graphite substrate 6 Silver fine particle deposition film 8 Power supply

Claims (7)

互いに分離可能な金属原子又は金属クラスターの近傍に間隔をもって対向する金属電極を配置し、その金属電極間の間隔を前記金属原子又は金属クラスターにより連結して量子化コンダクタンスを単位とする電流が流れる大きさに設定し、前記金属電極間への電圧印加の断続又は印加電圧の極性切替えを行なうことにより前記金属電極間で前記金属原子又は金属クラスターによる量子化コンダクタンスを単位とする電流が流れるナノコンタクトの生成と消滅を行なわせることを特徴とする量子メカニカルスイッチング方法。 A metal electrode facing each other with a gap in the vicinity of metal atoms or metal clusters that can be separated from each other, and connecting the gaps between the metal electrodes with the metal atoms or the metal clusters to flow a current in units of quantized conductance. The contact of the voltage between the metal electrodes is switched or the polarity of the applied voltage is switched, so that a current in units of a quantized conductance by the metal atom or metal cluster flows between the metal electrodes. A quantum mechanical switching method characterized by causing generation and annihilation. 前記ナノコンタクトの生成と消滅を大気圧下で行なわせる請求項1に記載の量子メカニカルスイッチング方法。 The quantum mechanical switching method according to claim 1, wherein generation and disappearance of the nanocontact are performed under atmospheric pressure. 互いに分離可能な金属原子又は金属クラスターと、
前記金属原子又は金属クラスターにより連結して量子化コンダクタンスを単位とする電流が流れるナノコンタクトを生成しうる間隔に配置された対向金属電極と、
前記金属電極間に前記金属原子又は金属クラスターによるコンタクトの生成と消滅を行なわせるように前記金属電極間への電圧印加の断続又は印加電圧の極性切替えを行なう電源装置とを備えたことを特徴とする量子メカニカルスイッチ装置。
Metal atoms or metal clusters separable from each other;
Opposite metal electrodes arranged at intervals capable of generating nanocontacts through which currents in units of quantized conductance are connected by the metal atoms or metal clusters;
A power supply device for intermittently applying a voltage between the metal electrodes or switching the polarity of the applied voltage so as to cause the generation and disappearance of the contact between the metal electrodes or the metal clusters between the metal electrodes. Quantum mechanical switch device.
前記金属原子又は金属クラスターは大気圧下に配置されている請求項3に記載の量子メカニカルスイッチング装置。 The quantum mechanical switching device according to claim 3, wherein the metal atoms or metal clusters are arranged under atmospheric pressure. 前記金属原子又は金属クラスターは空気中に配置されている請求項4に記載の量子メカニカルスイッチング装置。 The quantum mechanical switching device according to claim 4, wherein the metal atom or metal cluster is disposed in the air. 前記電源装置による前記金属電極への印加電圧は数V以下である請求項3から5のいずれかに記載の量子メカニカルスイッチ装置。 The quantum mechanical switch device according to any one of claims 3 to 5, wherein a voltage applied to the metal electrode by the power supply device is several volts or less. 前記電源装置による前記金属電極への印加電圧のスイッチング速度が100kHz以上に設定されている請求項3から6のいずれかに記載の量子メカニカルスイッチ装置。 The quantum mechanical switch device according to any one of claims 3 to 6, wherein a switching speed of a voltage applied to the metal electrode by the power supply device is set to 100 kHz or more.
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