JP2017510976A - フォノンのための電界制御素子 - Google Patents

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Abstract

電界を使用してフォノンを制御するための技術、ならびに電界を使用してフォノンを制御するように構成されたシステムおよび装置が全体として本明細書に詳述されている。一つまたは複数の態様において、装置は、電気接点、電気バイアスを該電気接点に印加すると、該電気バイアスによって生じた電界が、二つの量子ドットを通過する軸に対して実質的に平行になるような、半導体に埋め込まれた該二つの量子ドット、および、該半導体に結合され、フォノンを中に通して輸送するように構成された、フォノニック導波管を備えることができる。

Description

優先権の主張
本特許出願は、参照により全体として本明細書に組み入れられる、2014年1月31日に出願された米国特許仮出願第61/934,532号の優先権の恩典を主張する。
政府の権利
本発明は、米国国立科学財団（National Science Foundation）によって付与された助成金第0832819号の下の政府支援によって成されたものである。政府は本発明に特定の権利を所有する。
背景
弾性構造の振動を量子化したフォノンは、現代科学技術の結晶成分を透過し、「フォノニクス」と呼ばれる最近の研究分野の中心である。熱損失エネルギーおよびノイズと関連して、フォノンは、そういうものとして、日常生活に使用される多くの電子装置において遭遇される。フォノンは、量子レベルの基本的現象、たとえばナノ構造における緩和力学から超伝導までを左右すると考えられている。固体量子技術の開発において、フォノンは主に、フォノンが課す制限に関して考慮されている。
様々な添付図面が、本明細書に提示される主題の態様を示す。添付図面は、本明細書に開示される概念を当業者が理解することを可能にするために提供され、したがって、開示される主題の範囲を限定するものとみなされてはならない。
一対のゼロ次元構造の遷移状態図の例を示す。 フォノンの生成または破壊を制御するように構成された装置の例のブロック図を示す。 フォノンの生成または破壊を制御するように構成されたショットキーダイオードの例を示す。 図4A、4B、および4Cは、媒質およびゼロ次元構造対のエネルギー準位帯図の例を示す。 中性励起子のエネルギーvs電界の線グラフの例を示す。 媒質および量子化ドット対の状態図の例を示す。 ゼロ次元構造の対を備えるフォノントランジスタの例を示す。 図7のトランジスタのドレインにおけるフォノン強度vsトランジスタのゲートにおける電圧の散布図および線グラフの例を示す。 図9Aおよび9Bは、図7のトランジスタのドレインにおけるフォノン強度vsトランジスタのゲートにおける電圧の複数の散布図を示す。 フォノン制御機構を製造するための技術の例の流れ図を示す。 ひずみまたは動きセンサの例のブロック図を示す。
詳細な説明
以下の説明は、本明細書に記載される主題の様々な局面を具現化する例示的な装置、システム、方法、および技術を含む。以下の記載においては、説明のために、主題の様々な態様の理解を提供するための数多くの具体的な詳細が述べられる。しかし、当業者には、それらの具体的詳細の少なくともいくつかを除いても主題の態様を実施し得ることが明白であろう。
本開示は、概してフォノン制御の分野に関し、より具体的には、フォノンの制御機構に関連するシステム、装置および方法に関する。
遍在性の電子−フォノン相互作用および主に散逸性のフォノンの性質が、低次元固体構造、たとえば量子ドット（QD）のようなゼロ次元構造によってホストされる原子様量子状態のデコヒーレンスの主要なソースである。対照的に、フォノンを非散逸性またはコヒーレントにすることができる条件が本明細書において詳述されている。結果は、フォノンを制御することができる多様な制御機構（たとえば電界効果トランジスタ）（「フォノンFET」）である。フォノンFETは、個々に、または組み合わせて、従来の集積回路装置アーキテクチャに実現することができる。
本明細書において詳述されているのは、フォノンの生成または流れを制御することができるツールである。電界効果トランジスタ（FET）が電子または電気の流れを制御するように（「電気FET」）、本明細書において詳述されている装置およびシステムは、電位または電気バイアス（たとえば電圧）を使用して生成された電界によって伝導熱（フォノン）の流れを制御することができる。フォノンFETの物理構造は、従来の半導体または装置（たとえばショットキーダイオード、キャパシタ、PINダイオードまたは他の半導体技術）に埋め込まれた一対の量子ドットを含むことができる。本明細書にはショットキーダイオードおよび簡単なキャパシタ様構造（図2を参照）が記載されるが、本開示は、多様な半導体および他の電気または電子装置に使用することができる。ドット対を通るかまたは該ドット対を接続する軸に沿った電界、または該軸に対して実質的に平行な電界を生じさせるように、電気バイアスを印加することができる。フォノンは、二つの経路上で量子ドットの対を通過して、たとえば各経路上でフォノン間の干渉を生じさせることができる。印加される電気バイアスに依存して、この干渉は、強め合う干渉（フォノン流が与えられるかまたは増強される）または弱め合う干渉（フォノン流が阻害または遮断される）であることができる。この構造は、印加される電気バイアス（すなわち、電気バイアスを印加することによって生じた電界）に基づくフォノンスイッチの機能を実行することができる。フォノン相互作用を支配する基本原理は、この場合は分子ポーラロンである共鳴ポーラロンを生じさせるファノタイプ量子干渉である。
フォノンFETの利点は、エネルギー効率の増大を含むことができる。フォノンFETの別の利点は、フォノンを、たとえば従来の集積回路または他の半導体技術におけるように熱として廃棄するのではなく、それを利用する能力を含むことができる。たとえば、制御されたフォノンはデータを表すことができ、その場合、フォノンの存在または非存在が「1」または「0」のビットを示して、現在の電子系における電子の機能に類似した機能を実行し、したがって、電子に取って代わるか、または電子よって提供される情報を補足する。
フォノン制御機構（たとえばフォノンFET）は、熱が放散もしくは増大する効率を高めるように、または熱の流れをより正確に指向させるように、フォノン熱の流れを制御するために使用することができる。フォノン制御機構は、フォトニック論理（光ベース、たとえば光ファイバ）、電子論理（電子ベースの論理）、フォノニック論理（フォノンベースの論理）またはスピントロニクス（スピンベースの論理）の間の界面として使用することができる。フォノン制御機構は、量子情報技術に使用することができる（たとえば、量子構造間のコヒーレント結合を明らかにするために）。フォノン制御機構は、情報システム（固体ベースの情報システム）または処理技術において、たとえばフォノン制御機構を論理スイッチとして使用することにより、論理素子として使用することができる。フォノン制御機構は、フォノンによって生じたノイズを減らすことができ、かつ、そのノイズ低減能力を利用するための用途、たとえばセンサまたは検出器技術（たとえば、光またはテラヘルツ放射線検出器）に使用することができる。フォノン制御機構のさらに別の用途は、フォノン制御機構によって提供することができるような、高い光吸収および低下した熱放射率が有利であることができる太陽光技術の分野にある。フォノン制御機構は、以下でさらに詳細に述べるように、ひずみまたは動きセンサに使用することができる。
ここで図面を参照して、フォノン制御機構を含むことができる装置およびシステムならびに技術（たとえば方法）のさらなる詳細を説明する。
図1は、フォノンの状態図100のブロック図を示す。フォノンは、初期状態102である媒質（たとえば固体、液体または気体）中で始まることができる。初期状態102から、媒質は、不連続状態104または連続状態106を経て最終状態108に遷移することができる。
何らかの機構（図1には示さない）がエネルギーを生成することができ、そのエネルギーが、初期状態102にある装置の半導体中または誘電体中にフォノンを生成させる。フォノンが半導体または誘電体の少なくとも一部分を通過したのち、半導体または誘電体は最終状態108になることができる。
媒質が二つの区別できない経路を提供する場合には（たとえば、不連続状態104を経る一つの経路および連続状態106を経る別の経路）、干渉が起こることができる。この干渉は、フォノンが生成され（たとえば、かつ放出され）ることができ、最終状態108に達することを意味する強め合う干渉、またはフォノンが再び生成または放出されず、最終状態108に達しないことを意味する弱め合う干渉であることができる。不連続状態104および連続状態106は、たとえば結合110を介して結合することができる（たとえば、互いと共鳴して）。そのような区別できない経路を提供する媒質は、二重スリット実験と同様な「どちらの経路（which-path）」問題を引き起こすことができ、ファノタイプ量子干渉（すなわちファノ効果）を生じさせることができる。ゲート機構（たとえば電界）とのフォノンの干渉を制御することにより、フォノントランジスタを作製することができる。
図2は、フォノン制御機構を備えるように構成された装置200の例を示す。装置200は、半導体212（たとえば固体材料）にまたは他の電気伝導体もしくは電気絶縁体に埋め込まれた二つまたはそれ以上のゼロ次元構造210Aおよび210Bを備えることができる。装置200はソースリード素子224およびドレインリード素子226を備えることができる。装置200は、基本的に、キャパシタのプレート間に挟まれた何らかの誘電体または半導体212を有するキャパシタであることができる（この場合、接点216Aおよび216Bがキャパシタのプレートを供給する）。半導体212はまた、その中で電界が生じることを可能にする誘電体であることもできるか、または、電界の存在下でバンドギャップを含みそのバンドギャップの異なる状態に達することができる、材料であることもできる。
装置200はゲート機構を備えることができ、このゲート機構を通して電気バイアスは半導体212に印加されることができる。図2に示すゲート機構は、一つまたは複数の伝導性入出力（I/O）パッド214Aおよび214Bにそれぞれ結合された二つの電気伝導性接点216Aおよび216Bを含む。図2は、それぞれ電気伝導性配線218A-218Bを介してパッド214A-Bに結合された接点216A-216Bを示す。一つまたは複数の態様においては、電位バイアスを、I/Oパッド214A-Bまたは配線218A-Bに印加するのではなく、直接接点216A-Bに印加することができる。
ゼロ次元構造210A-Bは量子ドットまたは窒素格子欠陥（NV）中心を含むことができる。量子ドットは、半導体212に類似したまたはそれと同じ材料を含むことができる。ゼロ次元構造210A-BがNV中心を含む態様において、半導体212はダイヤモンドであることができる。量子ドットは数十ナノメートルまたはそれ未満のオーダーであることができる。量子ドットは、電荷の波動関数／ドブロイ波長の拡張に匹敵しうる、三つの空間寸法（すなわち長さ、幅および高さ）すべてに閉じ込められたゼロまたはそれ以上の電荷を有する半導体であり、したがって、量子ドットはゼロ次元構造である。量子ドットはナノ結晶であり、一般に半導体を含む。量子ドットは、量子力学的性質を示すように構成されている。
ゼロ次元構造210A-Bは原子様構造であることができる。ゼロ次元構造210A-Bは、図1に関して説明したように、フォノンに関してどちらの経路問題を引き起こす可能性を提供するために、半導体212中に少なくとも部分的に埋め込まれることができる。ゼロ次元構造210A-Bは、フォノンの発生、放出、または破壊が起こることができる可能な経路を表すことができる。半導体212は、ゼロ次元構造210Aとともに、連続状態106を提供することができ、他方のゼロ次元構造210Bは不連続状態104を提供することができる。一つまたは複数の態様において、ゼロ次元構造210Aは単独で連続状態106を提供することができ、他方のゼロ次元構造210Bは不連続状態104を提供することができる。
ゼロ次元構造210A-Bは、約1〜100ナノメートルだけ離れていることができる。一つまたは複数の態様において、ゼロ次元構造210A-B間の距離は約1〜30ナノメートルであることができる。ゼロ次元構造210A-B間の距離は、ゼロ次元構造210A-Bが作製されている材料およびゼロ次元構造210A-Bが横に並んでいる（たとえば水平方向に互いに隣接する）のか、または互いの上方にある（たとえば垂直方向に互いに隣接する）のかに依存することができる。ゼロ次元構造210A-Bは、横に並んでいる場合には、より大きな距離だけ離れていることができる。これは、少なくとも部分的に、ゼロ次元構造210A-Bを半導体212中に置くために使用することができる工程による。横並び構成の場合、ゼロ次元構造210A-Bは、位置制御成長技術を使用して高精度で置くことができる。
半導体212は半導体であることができ、この半導体は、正または負にドープされているか、ドープされていないか、または真性である、ケイ素、ゲルマニウム、炭素、またはそれらの組み合わせを含む。半導体212は、半導体である化合物、たとえばヒ化インジウム（インジウムおよびヒ素を含む化合物）、ヒ化ガリウム（ガリウムおよびヒ素を含む化合物）、セレン化カドミウム、セレン化亜鉛または他の複合半導体を含む化合物を含むことができる。半導体212は、カドミウム、インジウム、ガリウム、窒素、リン、アンチモン、セレン、テルル、酸素、硫黄、グラフェン、ダイヤモンド、ガラス、酸化物、塩素、チタン、鉛、マンガン、ニッケル、鉄、クロム、ケイ素、銀、白金、ヨウ素、タリウム、臭素またはそれらの混合物を含むことができる。半導体212は、他の半導体、たとえば複数の前記添加物を含む金属化合物を含むことができる。ガラス、酸化物またはダイヤモンドのような絶縁体（たとえば誘電体）を半導体212に代えてまたは半導体121とともに使用することもできることに留意すること。
接点216A-B、配線218A-B、またはI/Oパッド214A-Bは、金属、半導体、または他の電気伝導体などの、材料を含むことができる。
様々な電位を接点216A-Bに供給して（たとえば直接的に接点216A-Bに、またはたとえばI/Oパッド214A-Bもしくは配線218A-Bを介して間接的に接点216A-Bに）、たとえばゼロ次元構造210A-Bに電位を提供し得る。供給される様々な電位によって生じた電界の電界線222は、ゼロ次元構造210A-Bを通る軸220に対して実質的に平行であることができる。電界線222は軸220と同軸であることができる。図2は、軸220に対して平行であるが、同軸ではない電界線222を示すことに留意すること。接点216に印加される電気バイアスが、フォノンの発生、散逸、または輸送を阻止、促進または阻害することができるゲート機構を提供することができる。接点216A-Bに印加される電気バイアスを変化させることにより、強め合う干渉または弱め合う干渉を実現することができる。たとえば、第一の電圧が接点216A-Bに印加されると、ゼロ次元構造210A-B（および半導体212）の量子状態の間で強め合う干渉を起こすことができ、フォノンを生成させることができる。第二の異なる電圧が接点216A-Bに印加されると、ゼロ次元構造210A-Bの量子状態の間で弱め合う干渉を起こすことができ、フォノンは、生成、散逸、または伝達を阻止されることができる。
リード素子224は、フォノン輸送（たとえば熱）素子、フォトニック輸送（たとえば光学）素子、電子電荷輸送素子またはスピントロニック輸送素子を含むことができる。リード素子224は、励起エネルギーを半導体212に輸送するように構成されることができる。リード素子226は、フォノン輸送素子、フォトニック輸送素子、電子電荷輸送素子またはスピントロニック輸送素子を含むことができる。リード素子226は、半導体212からエネルギーを輸送するように構成されることができる。
図3は、中に埋め込まれた量子ドット材料302Aおよび302B（たとえばゼロ次元構造）を含む一対の量子ドットを有するショットキーダイオード300の例を示す。図3は、前記のようなキャパシタ様である多様な装置または構造にキャパシタ様装置を実現することができることを例示することを意図する、図2の装置200の具体的な実施形態であることに留意すること。ショットキーダイオード300は、様々な半導体層および一つまたは複数の接点216A-Bのヘテロ構造であることができる。ショットキーダイオード300の第一の接点216A（たとえばアルミニウム314またはチタン312）は、それを貫通する一つまたは複数の開口316（たとえば透明または半透明の開口）を有するように作製されることができる。開口316は、たとえば励起エネルギーをショットキーダイオード300に供給するために、ショットキーダイオード300の量子ドット（たとえば量子ドット対）またはショットキーダイオード300の他の部分への光学アクセスを供給することができる。図3は一つの開口316しか示さないが、他の開口がアルミニウム314またはチタン312層に形成されることができる。高分解能作製技術を含む一つまたは複数の態様、たとえば走査型近接場光学顕微鏡法（SNOM）を含む態様またはフォトニック導波管もしくはキャビティ中の位置制御成長ゼロ次元構造において、励起エネルギーを供給するためまたはフォノンを除去するために開口316は不要であり得る（図7の説明および開口316がリード素子224または226として働くことができる方法を参照）。
ショットキーダイオード300は基板306を含むことができる。真性ヒ化ガリウム層304A、304B、304C、および304Dを基板306より上に位置することができる。真性ヒ化ガリウム層304A-Dは、量子ドット材料302AおよびBまたはヒ化アルミニウムガリウム層307によって隔てられている。ショットキーダイオード300は、真性ヒ化ガリウム層304A-Dより上に位置するチタン層312または一つまたは複数のアルミニウム層314を含むことができる。アルミニウム314またはチタン312は接点216AおよびBを形成することができ、これらの接点を通して電気バイアスをショットキーダイオード300に印加することができる。基板306は、アルミニウム314と基板306との間に電位差を供給するために、電位、たとえば大地電位に結合されることができる。基板306は電気接点216AおよびBとして働くことができる。電位差は、量子ドット材料302A-Bの部分の量子状態を結合または共鳴させることができる。
量子ドット材料302A-Bは、10ナノメートル未満のオーダーの厚さであることができる。一つまたは複数の態様において、量子ドット材料302A-Bは厚さ約2〜3ナノメートルであることができる。一つまたは複数の態様において、量子ドット材料302Aおよび302Bは約4ナノメートルだけ離れていることができる。量子ドット材料302A-Bの厚さは、本明細書に詳述しているようにゼロ次元のままである限り、3ナノメートルよりも大であることができる。量子ドット材料302A-B間の距離は、ゼロ次元構造210A-B間の分離距離に関して前述したように、4ナノメートル超または未満であることができる。
逆バイアス（すなわち、半導体のエネルギー帯の空乏領域を増大させるように構成された電圧）がショットキーダイオード300に印加される場合には、アルミニウム314およびチタン312がキャパシタの第一のプレートとして機能することができ、ドープされたヒ化ガリウム308がキャパシタの第二のプレートとして機能することができ、それらの間の領域に電界を生じさせることができる。電界は、量子ドット材料302Aを含む量子ドットの量子状態を、量子材料302Bを含む量子ドットと半導体の他の層（たとえば真性ヒ化ガリウム304A-D、ヒ化アルミニウムガリウム307またはドープされたヒ化ガリウム308）との組み合わせの量子状態と結合することができる。
図4A、4B、および4Cは、媒質および量子ドット対、たとえば半導体212およびゼロ次元構造210A-Bのエネルギー準位帯図400A、400B、および400Cそれぞれの例を示す。エネルギー準位帯図400A、400B、および400Cは、伝導帯エッジ404および価電子帯エッジ406を含む。エネルギー準位帯図400Aは、電子状態408A、408B、408C、および408Dならびに破線で示される、フォノンを含む状態410（たとえば、フォノンが一つまたは複数の電荷、たとえば電子または正孔に結合している状態）を含む。構造200に印加されたバイアスによって生じた電界が、接点216Bの電位を上昇または低下させることができ、かつ接点216Aの電位を一定（たとえば大地電位または何らかの他の電位）に維持することができる。電位差は、たとえば図4A-Cに示すように、価電子帯エッジ406および伝導帯エッジ404を斜行させることができる。斜行は、ゼロ次元構造210Aの不連続なエネルギー準位がゼロ次元構造210Bのエネルギー準位に対してシフトすることを可能にすることができる。伝導帯エッジ404が価電子帯エッジ406に近づく二つの区域は、電界がゼロ次元構造210A-Bそれぞれと相互作用している区域である。
エネルギーがゼロ次元構造210A-Bに供給されると、ゼロ次元構造210A-Bの状態の間の遷移412A、412B、または412Cが起こることができる。遷移412Aは、ゼロ次元構造210Bの価電子帯エネルギー準位中の状態からゼロ次元構造210Aの伝導帯エネルギー準位中の状態への変化を示す。遷移412Bは、ゼロ次元構造210A-B間の電子または正孔トンネリングを示す。この遷移412Bにおいてフォノンが生成されることができる。遷移412Cは、ゼロ次元構造210Aの価電子帯エネルギー準位からフォノンを含むことができる状態410の伝導帯エネルギー準位への変化を示す。状態410で、ゼロ次元構造210A-B間のトンネリングが起こることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、すべての電子が価電子帯406にあり、伝導帯404には電子がない状態に対応することができる。電子が状態408Dから状態410に遷移すると、連続状態106に入ることができる。遷移412Aによって示されるように、電子が状態408Aから状態408Eに遷移すると、不連続状態104に入ることができる。電子が状態408Dから408Eに遷移すると、またはたとえばフォノンを放出または解放することによって電子が状態410から状態408Eに遷移すると、最終状態108に入ることができる。状態408B-Cは、異なるエネルギーにある、状態408Aの代替状態であることができる。これらの状態408B-Cは、異なる電位をそれぞれの装置の接点216A-Bに印加することによってアクセスすることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、空のゼロ次元構造212A-B（ゼロ次元構造212A-B中に正孔も電子もない）を含むことができ、連続状態106は、ポーラロン状態（|X0,Ω>）にあるゼロ次元構造212A-Bを含むことができ、不連続状態104は、ゼロ次元構造間212-A-B励起状態（一方のゼロ次元構造210B中に正孔があり、他方のゼロ次元構造210A中に電子がある）を含むことができ、最終状態108は、ゼロ次元構造212A-B励起状態と、解放されたかまたはゼロ次元構造212A-Bに結合していない、フォノンとを含むことができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、一つまたは複数の電子が伝導帯404にあり、価電子帯406に正孔がない状態に対応することができる。電子が状態408Dから状態410に遷移すると、連続状態106に入ることができる。遷移412Aによって示されるように、電子が状態408Aから状態408Eに遷移すると、不連続状態104に入ることができる。電子が状態408Dから408Eに遷移すると、またはたとえばフォノンを放出することによって電子が状態410から状態408Eに遷移すると、最終状態108に入ることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、一つまたは複数の正孔が価電子帯406にあり、伝導帯404には電子がない状態に対応することができる。電子が状態408Dから状態410に遷移すると、連続状態106に入ることができる。遷移412Aによって示されるように、電子が状態408Aから状態408Eに遷移すると、不連続状態104に入ることができる。電子が状態408Dから408Eに遷移すると、またはたとえばフォノンを放出することによって電子が状態410から状態408Eに遷移すると、最終状態108に入ることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、荷電ゼロ次元構造212A-B（たとえば、一つまたは複数の正孔または電子をその中に有するゼロ次元構造212A-B）を含むことができる。連続状態106は、ポーラロン状態（|Ch,Ω>）にあるゼロ次元構造212A-Bを含むことができる。不連続状態104は、ゼロ次元構造間212-A-B電荷状態（たとえば、一方のゼロ次元構造210B中に正孔または電子の一つがあり、他方のゼロ次元構造210A中に残りの正孔または電子（もしあれば）がある）を含むことができる。最終状態108は、ゼロ次元構造212A-B電荷状態と、解放されたまたはゼロ次元構造212A-Bに結合していない、フォノンとを含むことができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、0またはそれ以上の電子が伝導帯406にあり、0またはそれ以上の正孔が価電子帯404にある状態に対応することができる。たとえばフォノンと結合することによってまたは電界と相互作用することによって電子が状態408Eから状態420に遷移すると、連続状態106に入ることができる。遷移422Aによって示されるように電子が状態408Eから状態408Hに遷移すると、または電子が電気リードによって直接状態408Hに供給されると、不連続状態104に入ることができる。電子が状態408Hから408Eに遷移すると、またはたとえばフォノンを放出することによって電子が状態420から状態408Eに遷移すると、最終状態108に入ることができる。状態408F-Gは、異なるエネルギーにある、状態408Hの代替状態であることができる。これらの状態408F-Gは、異なる電位をそれぞれの装置の接点216A-Bに印加することによってアクセスすることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、ゼロまたはそれ以上の正孔が価電子帯406にあり、ゼロまたはそれ以上の電子が伝導帯404にある状態に対応することができる。フォノンと結合することによって正孔が状態408Dから状態430に遷移すると、または正孔がリードによって供給されると、連続状態106に入ることができる。遷移432Aによって示されるように正孔が状態408Dから状態408Aに遷移すると、または正孔が電気リードによって状態408Aに直接供給されると、不連続状態104に入ることができる。正孔が状態408Aから408Dに遷移すると、またはたとえばフォノンを放出することによって正孔が状態420から状態408Dに遷移すると、最終状態108に入ることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、ゼロ次元構造212A-B中のスピン（たとえば、ゼロ次元構造212A-B中の一つまたは複数のスピン偏極正孔または電子）を含むことができる。連続状態106は、スピン偏極ポーラロン状態（|S,Ω>）にあるゼロ次元構造212A-Bを含むことができる。不連続状態104は、ゼロ次元構造間212-A-B電荷状態（たとえば、一方のゼロ次元構造210B中にスピン偏極正孔または電子の一つがあり、他方のゼロ次元構造210A中に残りの正孔または電子（もしあれば）がある）を含むことができる。最終状態108は、ゼロ次元構造212A-Bスピン状態と、解放されたまたはゼロ次元構造212A-Bに結合していない、フォノンとを含むことができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、0またはそれ以上のスピン偏極正孔が伝導帯406にあり、0またはそれ以上の正孔が価電子帯404にある状態に対応することができる。フォノンと結合することによってスピン偏極電子が状態408Eから状態420に遷移すると、またはエネルギーがスピントロニックリード（たとえばリード素子224）によって供給されると、連続状態106に入ることができる。遷移422Aによって示されるようにスピン偏極電子が状態408Eから状態408Hに遷移すると、または、スピン偏極電子がスピントロニックリード素子（たとえばスピンインジェクタ）によって供給されると、不連続状態104に入ることができる。スピン偏極電子が状態408Hから408Eに遷移すると、またはたとえばフォノンを放出することによって電子が状態420から状態408Eに遷移すると、最終状態108に入ることができる。状態408F-Gは、異なるエネルギーにある、状態408Hの代替状態であることができる。これらの状態408F-Gは、異なる電位をそれぞれの装置の接点216A-Bに印加することによってアクセスすることができる。
一つまたは複数の態様において、初期状態102は、ゼロまたはそれ以上のスピン偏極正孔が価電子帯406にあり、ゼロまたはそれ以上の電子が伝導帯404にある状態に対応することができる。フォノンと結合することによってスピン偏極正孔が状態408Dから状態430に遷移すると、またはスピン偏極正孔がスピントロニックリードによって状態430に直接供給されると、連続状態106に入ることができる。遷移432Aによって示されるようにスピン偏極正孔が状態408Dから状態408Aに遷移すると、またはスピン偏極正孔がスピントロニックリードによって状態408Aに直接供給されると、不連続状態104に入ることができる。正孔スピンが状態408Aから408Dに遷移すると、またはフォノンを放出することによってスピン偏極正孔が状態420から状態408Dに遷移すると、最終状態108に入ることができる。
前述のように、初期状態102は、たとえば電子または正孔（たとえば偏極電子または正孔）をリード素子224によって注入することにより、バイパスすることができる。
図5は、中性励起子（伝導帯にある電子および価電子帯にある正孔）に関するエネルギーvs電界の線グラフ500の例を示す。|X0>は、両方の電荷がゼロ次元構造210A中にある基底状態励起子を表す。|iX0>および|iX1>は、正孔がゼロ次元構造210A価電子帯の基底または第一の励起準位にある、それぞれの励起子状態を表す。|X0,Ω>は、ポーラロン連続体中の状態（たとえば、フォノンΩおよびゼロ次元構造210Bの基底状態励起子によって形成される弱く結合した状態）を表す。本説明は光学フォノンに関するが、音響フォノンを使用することもできる。電界を使用して、|iX0>および|iX1>状態を|X0,Ω>状態と共鳴的に同調（たとえば結合）させることができる。|iX0>または|iX1>のいずれかが|X0,Ω>に実質的に結合されるならば、どちらの経路問題が引き起こされることができる。結合は、共鳴または分子ポーラロンを形成させることができる。結合は、ゼロ次元構造210A-B間の電荷の量子機械的トンネリングによって生じさせることができる。|X0,Ω>、|iX0>および|iX1>状態は、励起エネルギー、たとえば電子、光学、音響またはフォノニック励起エネルギーによって誘導することができる。|CGS>は、結晶基底状態または非摂動装置200状態を示す。
図6は、媒質および量子ドット、たとえば半導体212およびゼロ次元構造210A-Bの状態の間の遷移図600の例を示す。ゼロ次元構造210Aは各ボックス対の左側ボックスによって表され、ゼロ次元構造210Bは各ボックス対の右側ボックスによって表されている。ボックス中の黒点は、対応するゼロ次元構造210A-B中に電子が存在することを示し、白点は、対応するゼロ次元構造210A-B中に正孔が存在することを示す。たとえば、左ボックス中の黒点は、ゼロ次元構造210A中に電子が存在することを示す。
結晶基底状態（|cgs>）または初期状態102を表す|i>では、いずれのゼロ次元構造210A-Bも電子または正孔を含み得ない。602Aで、状態は、cgsから、間接励起子（別々のゼロ次元構造210A-B中の電子および正孔）を含む状態|d>=|iXn>（たとえば不連続状態104）に遷移することができ、nは、ゼロ次元構造210A-Bのエネルギー帯準位を示す。602Aの遷移は遷移412Aと同じであることができる。602Bで、状態は、cgs状態から、ポーラロン（同じゼロ次元構造210A-B中のフォノンならびに電子および正孔）を含む状態|c>=|X0,Ω>（たとえば連続状態106）に遷移することができる。602Bの遷移は、ゼロ次元構造210Aへの電荷（たとえば電子または正孔）の遷移に対応することができ、その間、フォノンが生じるかまたは電荷に結合される。602Cの遷移は、フォノンが解放または結合解除された場合に、ゼロ次元構造210Aへの正孔の遷移に対応することができる。602Cで、電子または正孔のトンネリングが起こることができる。このトンネリングは、状態|iXn>を通してフォノンを構造中に保存する（たとえば、散逸または限局化させない）ことができることを示す。フォノンは|X0>で解放または結合解除されることができる。602Cの遷移は遷移412Bに対応することができる。602Dで、状態は、|d>=|iXn>状態から状態|f>=|X0>（たとえば最終状態108）に遷移することができる。602Dの遷移は、状態408Aから状態408Dへの正孔の遷移に対応することができ、その間、フォノンが解放または結合解除される。602Eで、状態は、状態|c>=|X0,Ω>不連続状態104から状態|f>=|X0>に遷移することができる。602Eの遷移は、ゼロ次元構造210A-Bを状態408Eに至らせる、状態410から解放または結合解除されるフォノンに対応することができる。602Fで、状態は|f>=|X0>から|i>=|cgs>に遷移することができる。602Fの遷移は、状態408Eから状態408Dへの遷移に対応することができる。本明細書において使用される「状態」とは、半導体212を有するかまたは有しない、ゼロ次元構造210A-Bの状態をいう。
602Fでは、フォトンを放出することができ、ゼロ次元構造210A-Bは状態|f>からCGSに戻ることができる。フォトン放出の検出は、フォノン生成またはその欠如を検証するための手段を提供することができる。状態|f>は最終状態108であることができ、状態|i>は初期状態102であることができ、状態|c>は連続状態106であることができ、状態|d>は不連続状態104であることができる（図1を参照）。不連続状態104と連続状態106（たとえばコヒーレントフォノン）との結合110は、602Cのトンネリングによって提供することができる。
図7はフォノントランジスタ700の例を示す。フォノントランジスタ700は、ゲート702、ソース704、およびドレイン706を備えることができる。ゲート702は、連続状態および不連続状態（|c>および|d>）の間の結合を含むことができる。
ゲート702は、たとえば、ゼロ次元構造210A-Bに電界を提供することができる構造を提供するために、接点216A-Bを含むことができる。
ソース704は、結合解除された不連続状態または連続状態を含むことができる。ソース704は、半導体212に結合されたリード素子224を含むことができる。リード素子224は、励起エネルギーを、たとえば励起エネルギーを供給するための手段712から半導体212に供給するように構成されることができる。リード素子224は、光学、音響、電気、スピントロニックまたはフォノニックリード素子であることができる。リード素子224は、光ファイバ、フォトニック導波管、開口316、電気伝導ワイヤまたは他のフォノニック導波管であることができる。リード素子224は、熱エネルギーを半導体212に供給するように構成された熱伝達機構を含むことができる。リード素子224は、励起エネルギーを半導体212に供給するための手段712に結合されることができる。励起エネルギーを供給するための手段712はレーザまたは電源を含むことができる。励起エネルギーを供給するための手段712は、状態を、初期状態（|i>）から、どのバイアスがゲート702に印加されるのか、および接点216Aおよび216Bの間に生じる結果的な電界に依存して結合または結合解除される、不連続状態または連続状態に遷移させるためのエネルギーを供給することができる。
ドレイン706は、ゼロ次元構造210A-Bの最終状態（|f>）を含むことができる。ドレイン706は、フォノンを中に通して輸送するように構成されたリード素子226を含むことができる。リード素子226は、フォノニック導波管、またはフォトニック導波管、開口316、電気伝導ワイヤもしくはスピントロニックリード素子の一つまたは複数との組み合わせであることができる。リード素子226を介して放出されたフォノンは、接点216A-Bに印加される電気バイアスまたはリード素子224を介して供給される励起エネルギーによって少なくとも部分的に測定することができる。
図8は、ドレイン706におけるフォノン強度対ゲート702に印加される電圧の散布図および線グラフ800の例を示す。散布図800は、点線806より上かつ点線802より下の空間によって示される、フォノン生成を増強する（たとえば増す）ことができる領域を示す。点線806より上の空間は、ゼロ次元構造210A-Bの量子状態の間で強め合う干渉を生じさせることができる空間であることができる。散布図800は、点線806より下かつ点線804より下の空間によって示される、フォノン生成を抑制する（たとえば減らす）ことができる領域を示す。点線806より下の空間は、ゼロ次元構造210A-Bの量子状態の間で弱め合う干渉を生じさせることができる空間であることができる。フォノン制御機構（たとえばフォノントランジスタまたはフォノンFET）のゲート機構が、たとえば接点216A-Bに印加されるゲート電圧または電気バイアスを変更または制御することにより、フォノンの生成を増強または抑制するのに役立つことができる。散布図800は、ソース704が、増加した数またはより大きな数のフォノンなどのフォノンを生成するかまたは生じさせる、点線806より上の空間によって示される領域を示す。
図9Aおよび9Bは、強度対ゲート電圧の散布図900Aおよび900Bを示す。見てとれるように、ソース704における、図9Aに示すような励起エネルギーもしくは図9Bに示すような励起パワー密度またはゲート702におけるゲート電圧を変化させることにより、多様なトランジスタ様スイッチング特性を達成することができる。本明細書において使用する「強度」は、それぞれのフォノン制御装置または機能のドレインを通過するフォノンの数であることができる。これに関して、高い強度とは、大きな数のフォノンがドレイン706（たとえばリード素子226）を通って散逸または通過することを意味することができる。
図10は、フォノン制御機構を製造する技術1000の例の流れ図を示す。1002で、一対の量子ドットを半導体内に配置することができる。量子ドットは、一対の量子ドットの量子状態が電界の存在下で共鳴するように配置することができる。二つの量子ドットを配置することは、量子ドット対の第一の量子ドットを形成するように第一の量子ドット材料を半導体の基板より上に位置付けること、および、量子ドット対の第二の量子ドットを形成するように第二の量子ドット材料を第一の量子ドットより上に位置付けることを含む。第一または第二の量子ドット材料または真性材料は、半導体212または添加物と同じ材料を含むことができる。1004においてフォノニック導波管を半導体に結合することができる。
技術1000は、光学リード、電気リード、またはフォノニックリードを半導体に結合することを含むことができる。技術は、真性材料の層を基板より上に位置付けることを含むことができ、第一の量子ドット材料および第二の量子ドット材料は真性半導体材料の層によって隔てられている。真性半導体材料は、第一の量子ドット材料および第二の量子ドット材料を100ナノメートル未満だけ隔てることができる。
図11は、フォノン特性を使用して基板内のひずみまたは動きを測定するひずみまたは動きセンサ装置1100の例のブロック図を示す。|iX>状態の共鳴により、格子振動（同心リング1102によって表される）をゼロ次元構造210A-Bにコヒーレントに結合することができる（結合は矢印1104によって表す）。光源からゼロ次元構造210A-Bに励起エネルギーを供給することができるソースリード素子224を含む制御機構200を考慮する。無ひずみ状態（たとえば非摂動状態）の基板において、分子ポーラロンは、「コヒーレンス時間」とも呼ばれる一定の期間、非摂動状態で存在する。コヒーレンス時間が長くなればなるほど、分子ポーラロンが相互作用するまたは感知する基板の量は大きくなる。基板中のひずみが、材料によって支持されるフォノンの周波数スペクトルを変化させ、それによって分子ポーラロンを変化させ、デコヒーレンスまたはコヒーレンス時間の短縮を生じさせる。フォノンのコヒーレンス時間は、光源の光学パワーを増すことによって増加させることができる。
この効果は、フォノン誘導透過性シグナル（たとえば、図8に示すようなフォノンの深さまたはスペクトル幅）を分析することによって認めることができる。そして、透過性シグナルから基板中の動きまたはひずみを導出することができる。基板中のひずみは、基板中の欠陥、基板の変形（たとえば曲り）の結果である可能性がある。変形は、加速重力引力または概して基板の動きによって生じることができる。したがって、本明細書に詳述されているフォノン制御機構は、加速度計、グラジオメータ、パワーセンサ、ひずみゲージまたは他のひずみもしくは動き装置に使用することもできる。
さらなる注解および例
本開示の一つまたは複数の局面は一つまたは複数の例示的態様を通して理解され得る。
例1は、主題（たとえば、行為を実行するように構成されたプロセッサを含む装置、方法、行為を実行するための手段、または、該装置によって実行されると該装置に行為を実行させることができる命令を含む装置読み取り可能メモリ）を含むことまたは使用することができ、たとえば、電気接点、電気バイアスを該電気接点に印加すると、該電気バイアスによって生じた電界が、二つの量子ドットを通る軸に対して実質的に平行になるような、半導体に埋め込まれた該二つの量子ドット、および、該半導体に結合され、フォノンを中に通して輸送するように構成された、フォノニック導波管を含むことまたは使用することができる。
例2は、励起エネルギーを前記半導体に供給するように構成されたリードを含むためもしくは使用するために、例1の主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例1の主題と組み合わされることができ、該リードが、光学リード、電気リードまたはフォノニックリードである。
例3は、例1および2の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例1および2の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記電界の電界線が前記二つの量子ドットを通る軸と同軸である。
例4は、例1〜3の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例1〜3の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記フォノンが、前記電界の存在下でコヒーレントかつ非散逸性である。
例5は、例1〜4の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例1〜4の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記フォノンが、前記電界の存在または非存在に依存してコヒーレントかつ非散逸性である。
例6は、例1〜5の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例1〜5の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記フォノンが、印加した前記電界に依存して前記二つの量子ドットの量子ドット中に限局化される。
例7は、例1〜6の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例1〜6の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記電界の存在下でポーラロンおよび間接励起子を生じさせるように前記二つの量子ドットが離間している。
例8は、例1〜7の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例1〜7の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記二つの量子ドットが、第一の量子ドットおよび第二の量子ドットを含み、該第一の量子ドットおよび前記半導体が連続状態を提供し、該第二の量子ドットが不連続状態を提供し、前記電気バイアスを前記電気接点に印加すると連続状態と不連続状態とが結合され、かつ、該電気バイアスが、第一の電位を電気バイアスが含む場合に前記電界がフォノンの生成または伝送を阻害しかつ該第一の電位とは異なる第二の電位を該電気バイアスが含む場合に該電界がフォノンの生成または伝送を促進するように、該結合のためのゲート機構を提供する。
例9は、例1〜8の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例1〜8の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記フォノニック導波管を通して放出されたフォノンが前記電界によって測定される。
例10は、例2〜9の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例2〜9の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、励起エネルギー、スペクトル幅、パワー密度、該励起エネルギーのコヒーレンス、または該励起エネルギーの持続期間を調節することによって輸送または生成されるフォノンの数を調節することができる。
例11は、主題（たとえば、行為を実行するように構成されたプロセッサを含む装置、方法、行為を実行するための手段、または、該装置によって実行されると該装置に行為を実行させることができる命令を含む装置読み取り可能メモリ）を含むことまたは使用することができ、たとえば、一対の量子ドットの量子状態が電界の存在下で共鳴するように、該一対の量子ドットを半導体内に配置すること、および、フォノニック導波管を半導体に結合することを含むことができるかまたは使用することができる。
例12は、光学リード、電気リード、またはフォノニックリードを前記半導体に結合することを含むためもしくは使用するために、例11の主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例11の主題と組み合わされることができる。
例13は、例11および12の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例11および12の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、二つの前記量子ドットを配置することが、位置制御成長技術を使用して、第一の量子ドット材料を第二の量子ドット材料に水平方向に隣接して位置付けることを含む。
例14は、例11および12の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例11および12の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、二つの前記量子ドットを配置することが、該量子ドット対の第一の量子ドットを形成するように第一の量子ドット材料を前記半導体の基板より上に位置付けること、および、該量子ドット対の第二の量子ドットを形成するように第二の量子ドット材料を該第一の量子ドット材料より上に位置付けることを含む。
例15は、真性材料の層を前記半導体基板より上に位置付けることを含むためもしくは使用するために、例14の主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例14の主題と組み合わされることができ、前記第一の量子ドット材料および前記第二の量子ドット材料が真性半導体材料の層によって隔てられている。
例16は、例11〜15の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例11〜15の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記第一の量子ドット材料がヒ化インジウムを含む。
例17は、例15〜16の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例15〜16の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記真性半導体材料がヒ化ガリウムまたは他の真性半導体を含む。
例18は、例15〜17の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例15〜17の少なくとも一つの主題れと組み合わされることができ、前記真性半導体材料が、前記第一の量子ドット材料および前記第二の量子ドット材料を100ナノメートル未満だけ隔てている。
例19は、主題（たとえば、行為を実行するように構成されたプロセッサを含む装置、方法、行為を実行するための手段、または、該装置によって実行されると該装置に行為を実行させることができる命令を含む装置読み取り可能メモリ）を含むことまたは使用することができ、たとえば、励起エネルギーを供給するための手段、該励起エネルギーを供給するための手段に結合されたフォノントランジスタを含むことまたは使用することができる。該フォノントランジスタは、（1）電気伝導媒質、（2）該電気伝導媒質に電気的に結合され、第一の伝導素子および第二の伝導素子に電位を印加すると該電気伝導媒質に該電位を供給するように構成された、該第一の電気伝導素子および該第二の電気伝導素子、（3）該電位によって提供された電界の存在下で第一の量子ドットの状態が第二の量子ドットと該電気伝導媒質との組み合わせの状態と結合するような、該電気伝導媒質に埋め込まれた該第一の量子ドットおよび該第二の量子ドット、（4）該励起エネルギーを供給するための手段に結合され、該励起エネルギーを該電気伝導媒質に供給するように構成された、リード素子、または（5）該電気伝導媒質に結合され、該電気伝導媒質内で発生したフォノンを輸送するように構成された、第一のフォノニック導波管を備えることができる。
例20は、例19の主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例19の主題と組み合わされることができ、前記励起エネルギーを供給するための手段がレーザを含み、かつ前記リード素子が光ファイバを含む。
例21は、例19および20の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例19および20の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記励起エネルギーを供給するための手段が電源を含み、かつ前記リード素子がワイヤを含む。
例22は、例19〜21の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例19〜21の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、かつ前記リード素子が、第二のフォノニック導波管を含む。
例23は、例19〜22の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または含むためもしくは使用するために任意で例19〜22の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記電界が、前記第一の量子ドットおよび前記第二の量子ドットを通る軸に対して実質的に平行である。
例24は、例19〜23の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例19〜23の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記電気伝導媒質が半導体ダイオードを含む。
例25は、例19〜24の少なくとも一つの主題を含むこともしくは使用することができるか、または任意で例19〜24の少なくとも一つの主題と組み合わされることができ、前記第一の量子ドットおよび前記第二の量子ドットが、該第一の量子ドットおよび該第二の量子ドットを前記電気伝導媒質との直接接触から遮蔽するように構成されている電気絶縁体中に封入されている。
特定の態様を参照しながら本主題の概観を説明したが、本開示のより広い精神および範囲を逸脱することなく、これらの態様に対して様々な修飾および変形が加えられ得る。
本明細書に示された態様は、開示された教示を当業者が実施することを可能にするのに十分な詳細で説明されている。他の態様が使用され、それから導出されてもよく、本開示の範囲を逸脱することなく、構造的および理論的置換および変更が加えられてもよい。したがって、「詳細な説明」は、限定的な意味に理解されてはならず、様々な態様の範囲は、特許請求の範囲およびそのような特許請求の範囲が権原を有する均等物の最大範囲によってのみ画定される。
そのうえ、単一の例として本明細書に記載されているリソース、動作または構造に代えて複数の例が提供され得る。加えて、様々なリソース、参照番号を有する項目または動作の間の境界はいくぶん任意選択的であり、特定の例示的形態に関連して特定の動作が示されている。機能性の他の割り当てが想定され、それらが本発明の様々な態様の範囲内であり得る。概して、例示的形態において別々のリソースとして提示された構造および機能性が、組み合わせた構造またはリソースとして実現されてもよい。同様に、単一のリソースとして提示された構造および機能性が別々のリソースとして実現されてもよい。
本文書において、特許文献では一般的であるような用語「一つの(a)」または「一つの(an)」は、「少なくとも一つの」または「一つまたは複数の」の任意の他の例または用法から独立して、一つまたは一つ超を含むように使用される。本文書において、用語「または」は、非排他を指すために使用され、すなわち、別段指示されない限り、「AまたはB」は、「Aのみ」、「Bのみ」、および「AおよびB」を含む。本文書において、用語「含む(including)」および「in which」は、用語「含む(comprising)」および「wherein」の平易な均等物として使用される。また、特許請求の範囲において、用語「含む(including)」および「含む(comprising)」はオープンエンドであり、すなわち、請求項の中でこの語の前に挙げられた要素の他にも要素を含むシステム、装置、物品、組成物、調合物、または方法もまた、その請求項の範囲に入るものとみなされる。そのうえ、「第一の」、「第二の」、および「第三の」などの用語は、単に標識として使用されるものであり、それらの物体に対して数値的要件を課すことを意図したものではない。
本明細書において参照番号を参照する場合に使用される「-」（ダッシュ）は、ダッシュによって示される範囲内のすべての要素の、直前の段落で説明された非排他的意味における「または」を意味する。たとえば、103A-Bは、範囲｛103A、103B｝内の要素の非排他的「または」を意味し、103A-103Bは、「103Aのみ」、「103Bのみ」および「103Aおよび103B」を含む。
これらおよび他の変形、修飾、追加、および改良が、特許請求の範囲によって示される本発明の主題の範囲に入る。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味に解釈されなければならない。

Claims (20)

  1. 電気接点；
    電気バイアスを該電気接点に印加すると、該電気バイアスによって生じた電界が、二つの量子ドットを通る軸に対して実質的に平行になるような、半導体に埋め込まれた該二つの量子ドット；および
    該半導体に結合され、フォノンを中に通して輸送するように構成された、フォノニック導波管
    を備える、フォノントランジスタ。
  2. 励起エネルギーを前記半導体に供給するように構成されたリード
    をさらに備え、該リードが、光学リード、電気リード、またはフォノニックリードである、請求項1に記載のフォノントランジスタ。
  3. 前記電界の電界線が、前記二つの量子ドットを通る前記軸と同軸である、請求項1に記載のフォノントランジスタ。
  4. 前記フォノンが前記電界に応じて前記量子ドット中に限局化される、請求項1に記載のフォノントランジスタ。
  5. 前記電界の存在下でポーラロンおよび間接励起子を生じさせるように、前記二つの量子ドットが離間している、請求項4に記載のフォノントランジスタ。
  6. 前記二つの量子ドットが第一の量子ドットおよび第二の量子ドットを含み、該第一の量子ドットおよび前記半導体が連続状態を提供し、該第二の量子ドットが不連続状態を提供し、前記電気バイアスを前記電気接点に印加すると該連続状態と該不連続状態とが結合され、かつ、該電気バイアスが、第一の電位を該電気バイアスが含む場合に前記電界がフォノンの生成または伝送を阻害しかつ該第一の電位とは異なる第二の電位を該電気バイアスが含む場合に該電界がフォノンの生成または伝送を促進するように、該結合のためのゲート機構を提供する、請求項5に記載のフォノントランジスタ。
  7. 前記フォノニック導波管を通して放出されたフォノンが前記電界によって測定される、請求項1に記載のフォノントランジスタ。
  8. 二つの量子ドットの量子状態が電界の存在下で共鳴するように、該二つの量子ドットを半導体内に配置する工程；および
    フォノニック導波管を該半導体に結合する工程
    を含む、フォノンのための制御素子を製造する方法。
  9. 光学リード、電気リード、またはフォノニックリードを前記半導体に結合する工程
    をさらに含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記二つの量子ドットを配置する工程が、該二つの量子ドットの第一の量子ドットを形成するように第一の量子ドット材料を前記半導体の基板より上に位置付けること、および、該二つの量子ドットの第二の量子ドットを形成するように第二の量子ドット材料を該第一の量子ドット材料より上に位置付けることを含む、請求項9に記載の方法。
  11. 真性材料の層を前記半導体基板より上に位置付ける工程をさらに含み、前記第一の量子ドット材料および前記第二の量子ドット材料が、真性半導体材料の層によって隔てられている、請求項10に記載の方法。
  12. 前記第一の量子ドット材料がヒ化インジウムを含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記真性半導体材料がヒ化ガリウムを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記真性半導体材料が、前記第一の量子ドット材料および前記第二の量子ドット材料を100ナノメートル未満だけ隔てている、請求項13に記載の方法。
  15. 励起エネルギーを供給するための手段；および
    該励起エネルギーを供給するための手段に結合されたフォノントランジスタ
    を備え、
    該フォノントランジスタが、
    電気伝導媒質、
    該電気伝導媒質に電気的に結合され、第一の電気伝導素子および第二の電気伝導素子に電位を印加すると該電気伝導媒質に該電位を供給するように構成された、該第一の電気伝導素子および該第二の電気伝導素子、
    該電位によって提供された電界の存在下で第一の量子ドットの状態が第二の量子ドットと該電気伝導媒質との組み合わせの状態と結合するような、該電気伝導媒質に埋め込まれた該第一の量子ドットおよび該第二の量子ドット、
    該励起エネルギーを供給するための手段に結合され、該励起エネルギーを該電気伝導媒質に供給するように構成された、リード素子、ならびに
    該電気伝導媒質に結合され、該電気伝導媒質内で発生したフォノンを輸送するように構成された、第一のフォノニック導波管
    を備える、フォノン制御システム。
  16. 前記励起エネルギーを供給するための手段がレーザを含み、かつ前記リード素子が光ファイバを含む、請求項15に記載のシステム。
  17. 前記励起エネルギーを供給するための手段が電源を含み、かつ前記リード素子がワイヤを含む、請求項15に記載のシステム。
  18. 前記リード素子が第二のフォノニック導波管を含む、請求項15に記載のシステム。
  19. 前記電界が、前記第一の量子ドットおよび前記第二の量子ドットを通る軸に対して実質的に平行である、請求項15に記載のシステム。
  20. 前記電気伝導媒質が半導体ダイオードを含む、請求項15に記載のシステム。
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