JP2018511182A - 電荷キャリアをガイドする装置及びその使用方法 - Google Patents

電荷キャリアをガイドする装置及びその使用方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、電荷及び／又は磁気モーメントを有する電荷や電子キャリアをガイドする装置とその使用方法に関し、ガイドが移動領域を形成するための２次元電子ガス層または薄い超伝導層を有し；及び／又は、ガイド及び／又は移動領域及び／又はメイン経路が平面や閉鎖面から曲線状及び／又は折れ線状で延びる。【選択図】図１

Description

本発明は、電荷及び／又は磁気モーメントを有する電荷や電子キャリアをガイドする装置とその使用方法に関する。
実際世界で動く粒子（例えば、気体の分子や固体の電子）はいわゆるエルゴード定理の適用を受けるところ、理論的には、十分な時間の間観察した時、システムの位相空間（空間的なモメンタム座標）内の可能な全ての点が同じ周波数で到着する。熱力学の第１、第２法則をエルゴード系に適用することができる。
非エルゴード系は大部分理論的にのみ知られている。例えば、壁面が理想的に平行であり、球が摩擦なしで転がるビリヤード台がこのような非エルゴード系である。この場合、ビリヤード台の中央から球を片方の壁に垂直に撞くと垂直に反射して、２個の理想的に平行した壁を連結する線に沿ってのみ球が前後に転がり、ビリヤード台の他部分には転がらない。
非エルゴード系の存在条件は、正確に言えば、理想的に境界壁の形状が平行であり、粒子（球）の経路が直線であり、球の反射角は垂直であり、運動方向も壁に垂直でなければならず、境界壁との接触がなく、経路変化もあってはならない。このような条件は現実的にほぼ達成することができない。
特許文献１は固体内で電子をガイドする装置と方法を紹介しており、ここでは、半導体薄膜を電気絶縁体の球状曲面に付ける。磁場により、該薄膜での電子の移動経路の曲率半径が薄膜の曲率半径と同一または類似となる。曲面薄膜上の２ヶ所離れた地点の間に電位差が発生する。半導体薄膜の厚さは半導体薄膜内の電子の平均自由行路長の範囲内にあるべきであり、この長さは均質な半導体薄膜において非常に小さくて実現するのが難しい。
非特許文献１および２によれば、外部フィールドの影響がなく、方向依存性導電率の検査もなく、両側に二重に曲がった不連続性を有する狭いチャネルにおいて電子ガスの量子状態を取り扱っている。また、チャネル幅は所望の量子力学的挙動を得るために電子のド・ブロイ波長より大幅に小さくなければならない。
独国特許ＤＥ ３９ ０３ ９１９ Ａ１
Chuan-Kui Wang著「Quantum bound states in a ballistic quantum channel with a multiple double-bend discontinuity」Semiconductor Science and Technology １９９５年１月１日発行 Ｐ．１１３１〜１１３８ Chuan-Kui Wang他著「Quantum bound states in a double‐bend quantum channel」Journal of Applied Physics Vol 77, no.6 Ｐ．２５６４〜２５７１
本発明の目的は、電荷及び／又は磁気モーメントを有する電子のようなキャリアをガイドする装置とこのような装置の使用方法を提供することにある。
本発明のこのような目的は、請求項１による装置や、請求項１１〜１５による装置の使用方法によって達成される。本発明の他の長所は従属項に記載されたとおりである。
本発明の装置は、キャリアの移動領域を形成するための２次元電子ガスまたは薄い超伝導層を有するガイドを含む。このような２次元電子ガスや超伝導層に比較的に大きい平均行路長が存在する。このため、非常に簡単に所望の移動領域を得ることができる。移動領域の幅と曲率半径は平均自由行路長の大きさ範囲にあり、移動領域内のキャリアや電子のド・ブロイ波長より上にある。このような大きさは所望の非エルゴード系を形成するのに有利である。
キャリアは熱エネルギーに左右される平均速度でガイドと移動領域において動く。
移動領域はキャリアのための曲線状や折れ線状のメイン経路を形成する。フィールド生成手段を用いて、キャリアをメイン経路に沿ってガイドするための磁場を含むフィールドが生成される。よって、キャリアがメイン経路の方向に衝突がないかまたは最小化した状態で自由に動くことができる。しかし、反対方向には、キャリアが移動領域の側面の方向に曲がる。その結果、反対方向には境界面で相当多い衝突と放射が発生する。また、少なくとも部分的には厳格に反射せずに拡散散乱する壁衝突の存在のため、キャリアが不均一に分散して、メイン経路の開始部分と終わり部分でのキャリアの確率密度／存在密度や存在確率が異なる。特に、方向に応じて導電率が異なるように生成され、メイン経路での導電率は反対方向での導電率より大きくなる。
メイン経路は、衝突を無視して作用するフィールドを考慮して移動領域のメイン延長方向及び／又は理想的な場合の移動領域でのキャリアの移動経路に沿う。よって、メイン経路は移動領域のメイン平面上にあり、移動領域内にあり、好ましくは、移動領域の曲がった中心線に従っている。
キャリアの各々は電荷や電子や正孔を輸送する。よって、メイン経路に沿って適切に配列された電気連結部によってキャリアの確率密度／存在密度や存在確率が異なるということに基づいて電圧、電流及び／又は電力が生成されることができる。
原則的に、キャリアの各々は磁気モーメントを有し、電場及び／又は磁場と作用する。
本発明によれば、ガイド及び／又は移動領域が閉鎖された平坦面や球面や平面に沿って延びて曲線状や折れ線状となる。このため、平面型層によって比較的に簡単に本発明の装置を構成し製造することができ、且つ、メイン経路の平均曲率半径も２００ｎｍ未満であり、及び／又は、ガイドや移動領域の平均幅が２０００ｎｍ未満である。
本発明の装置は、電荷キャリアの熱エネルギーから、及び／又は電磁気内在／周辺雑音から、及び／又は連結部を介した電圧や電力の出力による電磁気の影響や輻射から電圧、特に直流電圧と電力を生成するのに用いられることができる。
好ましくは、電荷キャリアをガイドするためのフィールドや電磁場は一定に維持される。一方、フィールドや電磁場を調節して出力された電圧や電力を目標値や最小値に維持することもできる。
本発明の装置は、連結部を介した電力の出力による電荷キャリアからの熱エネルギーの除去を通じた冷却に用いられることもできる。このような機能は非常に容易に実現され、原則的に様々な目的に用いられることができる。
電荷キャリアをガイドするためのフィールドや磁場はほぼ一定に維持される。一方、フィールドや電磁場を調節して出力された電圧や電力を目標値や最小値に維持することもできる。
また、本発明の装置は、連結部を介した電圧の測定によって電磁場の輻射や電荷キャリアの電磁気内在／周辺雑音を測定または検知するのに用いられることもできる。電圧の測定によって雑音や電磁気輻射を検知または決定することができる。
特に、フィールドや磁場や作用する磁場強度を前述した測定の間一定に維持する。適当な補正により、雑音や作用する電磁気輻射を非常に容易に検出し決定することができる。しかし、原則的に、キャリアをガイドするためのフィールドや磁場は変わる。
本発明の装置は、連結部を介した電圧の測定によって電荷キャリアの散乱や軌道を測定または検知するのに用いられることもできる。測定された電圧はガイドや移動空間の状態に関する情報を提供することができる。
一般に、本発明の装置は、１次元や２次元電子ガスや超伝導体内の物理的特性を測定または決定するのに用いられることができる。
散乱、軌道及び／又は物理的特性を測定または決定する時、電荷キャリアをガイドするフィールドや磁場は、必要に応じて一定であったり、空間及び／又は時間にかけて変わってもよい。
また、連結部を介した電圧の測定でガイドに作用する電磁場強度を測定するのにフィールド生成手段がない装置を用いることができる。予め補正をすると、磁場強度の測定が可能である。
フィールド生成手段がない本発明の装置の第１実施形態の斜視図である。 フィールド生成手段を備えた装置の側面図である。 フィールド生成手段がない装置の平面図である。 本発明の装置の第２実施形態の斜視図である。 本発明の装置の第３実施形態の平面図である。 第３実施形態の装置で測定した電圧グラフである。 第３実施形態の装置で測定した電流グラフである。 測定された電流／電圧特性グラフである。 種々の電流特性のグラフである。 図１の実施形態に対応する第５実施形態の斜視図である。
図１は本発明の第１実施形態の装置１の斜視図であり、図２は関連のフィールド生成手段１０がある場合の側面図であり、図３は図１の装置においてフィールド生成手段１０がない状態の平面図である。
この装置１は図２に示されたキャリア２をガイドするのに用いられており、キャリアの各々は電荷及び／又は磁気モーメントを有する。キャリア２は電荷キャリアであり、好ましくは電子キャリアであるが、正孔であってもよい。
この装置１はキャリア２をガイドするガイド３を有し、ガイド３は中空でない固体である。よって、キャリア２は固体内で動くことができる。
キャリア２は図２に示されたように平坦な層状移動領域Ｂ内でのみ動くことができる。
装置１やガイド３に電気連結部４、５がある（図１、３参照）。
装置１やガイド３は第１固体である半導体層６と第２固体である半導体層７とからなり、これらの層は積層されて共通の境界面８を有する。
２個の半導体６、７の境界面８や移動領域Ｂは平たいかまたは閉鎖面（平面や球面）及び／又は平面Ｅに沿って延びる。
上下に重なっている固体層６、７はキャリア２のための２次元電子ガスを形成する。固体状態物理学の見地で、電子ガスは導電バンド内の電子や正孔形態の自由移動キャリア２からなり、その平均自由行路長は１００ｎｍ以上であるが、２００ｎｍ以上であることがより好ましい。このような導電区域は境界面８の両側にのみ形成され、具体的にはキャリア２の移動領域Ｂを形成する非常に薄い層の形態に形成される。
前述したように、移動領域Ｂ内に大きい平均自由行路長を有する電荷として電子でない正孔が動くこともできる。
ガイド３及び／又は移動領域Ｂはキャリア２のための曲線状や折れ線状のメイン経路Ｈを形成することが好ましく、図３にはメイン経路Ｈが幾つか並んで表示されている。
ガイド３及び／又は移動領域Ｂ及び／又はメイン経路Ｈは半円形として曲線状であることが好ましいが、一度や何度も折れ線状であってもよい。
特に、ガイド３及び／又は移動領域Ｂ及び／又はメイン経路Ｈが境界面８の平面Ｅにあり、且つ、曲線状や折れ線状であることが好ましい。このような形状は、規定された厚さの薄膜層の観点で実行し製造するのが非常に容易である。
連結部４、５は、メイン経路Ｈにおいて、具体的にはガイド３や移動領域Ｂのアーチの両端部に互いに離れていた方が良い。
移動領域Ｂは層状構造であり、移動領域Ｂや各層の平均厚さＤは５００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以下である。
移動領域Ｂの平均幅Ｗとメイン経路Ｈの曲率半径Ｒは移動領域Ｂ内のキャリア２の平均自由行路長と同じであるかまたは小さいことが好ましい。
ガイド３及び／又は移動領域Ｂ及び／又はメイン経路Ｈの平均曲率半径Ｒは１００ｎｍ以上であることが好ましいが、２００ｎｍ以上であればより好ましく、２０００ｎｍ以下であるが、１６００ｎｍ以下であることがより好ましい。
移動領域Ｂの平均幅Ｗは８０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上であって、平均曲率半径Ｒより小さい。
移動領域Ｂの境界面はキャリア２が反射するように構成され、原則的には（入射角のような）ミラー角で反射するか、または非ミラー角で、特に拡散して散乱するように構成される。
キャリア２は移動領域Ｂの側面９から反射することが特に好ましく、この時、側面の一部から拡散散乱するか、少なくとも一部は非ミラー角で反射する。
装置１のフィールド生成手段１０やそこから生じられたフィールドＦは装置１とのみ関連するか、または装置１やガイド３や移動領域Ｂとのみ作用する。
フィールド生成手段１０は少なくともメイン経路Ｈに沿ってキャリア２をガイドするようにフィールドＦを生成または制御するのに用いられ、特に連結部４、５及び／又はメイン経路Ｈの両端部の付近でキャリア２の確率密度／存在密度が異なるように生成されるようにする。フィールドＦは図２〜３から見ることができる。
フィールドＦは磁気フィールドである。よって、フィールド生成手段１０は磁気フィールドを生成するようにデザインされる。原則的に、この目的としては永久磁石を用いるが、キャリア２をガイドするフィールドＦとして電磁場が必要な場合には電磁石を用いることができる。
キャリア２をガイドするためのフィールドＦが移動領域Ｂ及び／又はガイド３の曲がった部分にのみ作用するように及び／又はこの区域にのみある曲線経路にキャリア２が曲がるようにフィールド生成手段１０を実現する。
平均速度、具体的には平均運動エネルギーや熱エネルギーの関数で始まるキャリア２が曲線メイン経路Ｈに沿ってまたはガイド３や移動領域Ｂ内の平均曲率半径を有する部分に沿ってフィールドＦを通して（図３に示された回転半径Ｚでのローレンツ力によって）ガイドされるようにフィールドＦ及び／又はフィールド生成手段１０をセットアップまたは調節することができる。前述したように、この力はメイン経路Ｈに沿った運動方向にのみ作用し、反対方向には作用しない。このような非対称は移動領域Ｂやメイン経路Ｈでのキャリア２の不均一分散に重要である。
フィールド生成手段１０及び／又はフィールドＦによる回転半径Ｚはガイド３や移動領域Ｂの平均曲率半径Ｒと比較して、最大５倍の範囲で大きいか小さいことが良いが、最大２倍の範囲で大きいか小さいことがより好ましい。特に回転半径Ｚは曲率半径Ｒと同じであってもよい。
メイン経路Ｈの両端部でのキャリア２の存在確率が異なるため、電圧、特に電流、ひいては電力が該部分に配置された連結部４、５を通して放出される。
図示された実施形態では、連結部４、５が移動領域Ｂ及び／又はメイン経路Ｈ及び／又はガイド３の両端部に配列されている。
必要であれば、複数のガイド３や移動領域Ｂを平面が上方に来るように配列することもできる。これらは同一フィールドＦの影響下に置かれ、特に連結部４、５や他の連結部に直列や並列に連結されることができる。
この装置１は、電荷キャリア２の熱エネルギーから、及び／又は電磁気内在／周辺雑音から、及び／又は連結部４、５を介した電圧や電力を用いた電磁気の影響や輻射から電圧や電力を生成するのに用いられる。フィールドＦは一定に維持した方が良いが、所定値に達するか超過するか、または用いられた電流や電圧の最大値に達するように調節されることもできる。
一方、連結部４、５を介して電力を用いてキャリア２から熱エネルギーを除去する冷却に装置１を用いることもできる。よって、装置１そのものを冷却することができるため、自己冷蔵効果を出すのに用いることができる。
冷却する間、フィールドＦは一定に維持された方が良いが、所定値に達するか超過するか、または用いられた電圧や電力の最大値に達するように調節されることもできる。
また、連結部４、５での電圧を測定して電荷キャリア２の散乱や軌道を測定または決定するのに装置１を用いることができる。特に、測定された電圧の最大値を確認して電荷キャリア２の散乱や軌道に合わせて作用フィールドＦを変えることができる。
一般に、移動領域Ｂが１次元や２次元電子ガスや超伝導体に形成されると、このような電子ガスや超伝導体内の物理的特性を測定または決定するのにこのような原理を利用することができる。よって、該連結部４、５に存在する電圧はフィールドＦや磁場の関数として物理的特性に関する情報を提供する。
連結部４、５での電圧を測定してガイド３に作用する磁場やフィールドＦの強度を測定または確認するのにこのような原理を利用することもできる。すなわち、第３実施形態でさらに詳しく説明するように、このような原理は作用するフィールドＦに左右される。特に、適切な補正により、フィールドＦの磁場強度を測定された電圧から決定することができる。
本発明の装置１について他の図面を参照してより詳しく説明する。
図４は本発明の装置１の第２実施形態の斜視図であり、移動領域Ｂを形成するのに電子ガスの代わりに薄膜超伝導層１１を用いることに差がある。超伝導層１１は２個の固体層６、７の間に配置される。
この移動領域Ｂや超伝導層１１の寸法は第１実施形態の移動領域Ｂに対応する。
キャリア２は電子や正孔として超伝導層１１に存在する。
いわゆるタイプＩＩの超伝導体材料を超伝導層１１に用いると、高い磁場強度の場合、磁束線形態の磁場ラインが超伝導体に浸透し、磁束線が可能な限り高い閾値まで維持される所で、いわゆる堅い超伝導体材料が用いられて高い磁束流動抵抗を有することになる。
図５は本発明の装置１の第３実施形態を示す。
固体層７である下部層に層６を付けて層状システムやパッケージを構成する。
この層６は下記のような実験装置により構成される。
ＧａＡｓのような第１半導体材料からなる層と、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓのような第２半導体材料からなる層とを重ねておき、１０回や２０回以上、好ましくは２０回〜１００回、より好ましくは５０回交互に何度も積層して層状パッケージを形成する。
各層の厚さＤは５０ｎｍ以下、好ましくは２５ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下、最も好ましくは５ｎｍ以下である。
このような層パッケージはオプション事項であり、ＧａＡｓからなるベース層や中間層の上に配置され、厚さ１００ｎｍ以上であるか、２５０ｎｍ以上であるか５００ｎｍ以上である。
厚さ５００ｎｍ以上であるか７５０ｎｍ以上であるか１０００ｎｍ以上であり、ＧａＡｓからなるカバー層や第１層を層パッケージや他の基板に付着した方が良い。
また、厚さ１０〜５０ｎｍであるか３５ｎｍ程度であり、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる他の第２層をＧａＡｓ層に付けることが好ましい。Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなるまた他の層である第１カバー層をその上に付けた方が良く、この層はシリコンドーピング量が１．５×１０１８／ｃｍ３であり、厚さは２５ｎｍ以上、好ましくは４５ｎｍ以上である。
結果的に、厚さ１０ｎｍ以上で、１５ｎｍ以上であり、ＧａＡｓからなるまた他のカバー層を付けることができる。
ＧａＡｓからなる１０００ｎｍ厚さの第１層と、Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ａｓからなる３５ｎｍ厚さの第２層との間の境界区域に２次元電子ガスの薄い移動領域Ｂが形成される。
このような層システムは下部層システムである下部固体層７に付着される。実験装置では、このような固体層７が半導体ＧａＡｓ基板からなることが好ましい。
すなわち、下記のような層システムが実験装置に用いられる：
よって、層６は前述した実施形態で説明した電子ガスと移動領域を形成する。第１実施形態での説明が類似に適用される。
図５によれば、移動領域Ｂの平面Ｅや境界面８が層６内にある。
ガイド３及び／又は層６及び／又は層システムが２個の広げられる橋１２を形成し、この橋は連結部４、５につながる。
層６は特に一度や何度も、好ましくは２度折れた形態のガイド３を形成して、上方から見たとき、移動領域Ｂの平面やメイン経路ＨがＵ型の形状を有する。
移動領域Ｂやガイド３は、メイン経路Ｈと表示された区域である層６の上部Ｕ型区域に限定される。
Ｕ型移動領域Ｂの平均幅Ｗは２０ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以上であり、９０００ｎｍ以下、好ましくは７０００ｎｍ以下である。
実験装置において、６００〜６５０ｎｍの平均幅Ｗが求められた。２個の連結部４、５の間の間隔は平均幅Ｗと同じであるかまたは小さいことが好ましい。
このような配列を、フォトリソグラフィ手段によるか、適当なエッチングによるか、またはレーザ処理やレーザ研磨法によって比較的に簡単に形成することができる。
層システムに他の半導体材料を用いることもできる。
実験装置において、層６に前述した半導体材料を用いて、６００ｎｍ程度の平均自由行路長を得た。
磁場やフィールドＦは図５の図面の平面や（図示されていない）平面Ｅにほぼ直角に延びる。
指示された実験装置において、橋１２や連結部４、５において電圧と電流を磁場や磁束密度の関数として測定し、その結果を図６〜７のグラフで示す。
図６〜７から知ることができるように、±０．２Ｔにおいて最大値と最大値となり、この値は６００ｎｍの平均曲率半径Ｒでの理論的な計算値と一致する。測定は温度２０Ｋ下で行われた。
計算されたグラフ曲線が磁場（より正確には磁束密度）０．０地点を中心に対称であり、０．２Ｔ下の磁束密度では電荷キャリアがメイン経路Ｈに沿って、すなわち、所望の移動領域Ｂ及び／又はガイド３内で磁場方向と異なる方向にガイドされ、電圧と電流に対して０．２Ｔと−０．２Ｔにおいて反対極性を得るようになる。
一方、図６〜７のグラフのオリジナル測定データから知ることができる差は静電効果やペルチェ効果によって説明することができるが、これは磁場とは関係がない。
図８は以上で説明した実験装置や装置１を用いて測定した電流／電圧特性グラフであり、本発明の装置から電力を生産して利用することができる。
よって、実験装置や装置１を介して電圧や電力を利用することができ、電荷キャリア２や装置１やガイド３の熱エネルギーから及び／又は電磁気内在／周辺雑音からまたは電磁気の影響や輻射からこのような電圧や電力を求めることができる。すなわち、連結部４、５を介した電気的利用で電気エネルギーや電力を供給するのに本発明の装置１を用いることができる。
一方、本発明の装置１を冷却に用いることもできる。正確に言えば、連結部４、５を介して電力が利用されれば、電荷キャリア２や装置１やガイド３から熱エネルギーが引っ張られてきて冷却効果を得ることができる。
特に、キャリア２をガイドするためのフィールド生成手段１０やフィールドＦを調節して所望の電圧や電力値に達するか超過するようにまたは電圧や電力の最大値に達するようにすることができる。
前述したように、本発明の装置１と原理は汎用で適用することができる。
特に、連結部４、５から発生した電圧を用いて電荷キャリア２の散乱や軌道を測定または決定することができ、この時、フィールドＦのような各々の条件を補正するかまたは適切に変形する。
また、連結部４、５の電圧の測定と分析を通じてガイド３及び／又は移動領域Ｂ及び／又はキャリア２の物理的特性を測定または決定することもできる。特に、ガイド３や移動領域Ｂや（導電）層１１として１次元や２次元電子ガスや超伝導体を用いる場合がそうである。
また、フィールド生成手段１０がない装置１は、連結部４、５の電圧を測定してガイド３に作用する磁場強度や磁束密度を測定するのに用いられることができる。この時、適当な補正により、作用する磁束密度を非常に容易に決定または確認することができる。フィールド生成手段１０がない装置１は磁気センサとして用いられることができる。
一方、本発明の装置１を（キャリア２の）電磁気内在／周辺雑音や及び／又は電磁気の影響や輻射を検知または測定するのに用いることもできる。
図９は、本発明に関する実験装置において実行され、連結部４、５で測定された電流測定値グラフであり、同じでない導電率の影響が磁場の方向に左右される２方向にどれほど大きいかを示す。この実験において、外部からの追加交流電圧を印加してＭＨｚ範囲の励起現象を引き起こしたところ、印加された電圧が０Ｖから１Ｖ範囲に変わった。１０Ｋ程度の温度で測定を行った。
磁場Ｂ＝０Ｔにおいて、外部磁場の影響は排除するが（電気化学的接触や熱電電圧の結果から生じた電流のような）他の全ての干渉の影響は含む電流を示す中立曲線が形成された。磁場Ｂ＝＋０．１５Ｔにおいては、全体周波数にかけて電流が印加された交流電圧に比例して正の方向に向かう。Ｂ＝−０．２５Ｔにおいては、全体励起周波数にかけて電流が印加された交流電圧に比例して負の方向に向かう。外部励起がない場合（Ｖ＝０）にも、Ｂ＝０．１５Ｔ、Ｂ＝−０．２５％の電流が磁場がない場合から出発することが分かる。これは連続的な電気的出力が本発明の装置１から放出され、（電気化学的接触や熱電電圧から生じる電流のような）他の可能な干渉源の影響から始まらず、かえって電子製品の電磁気内在／周辺雑音や熱エネルギーからのみ始まる証拠である。
図１０は本発明の装置１の第５実施形態であり、複数の移動領域Ｂや電子ガスが上下に積層されている。
複数の移動領域Ｂは共通ガイド３に形成され、並列に連結され、及び／又は共通連結部４、５を介して連結される。
移動領域Ｂや電子ガスの間に必要なだけ他の中間層や空乏層が配置されることができる。
一般に、本発明の装置１と該装置による方法によれば、非対称や方向依存性導電がなされて、電流、電圧及び／又は電力を求めて利用することができる。特に、運動エネルギーや熱エネルギーを簡単で効率的に且つ直接的に電気エネルギーに変換することができる。

Claims (15)

  1. 電荷及び／又は磁気モーメントを有する電荷や電子キャリア（２）をガイドし、移動領域（Ｂ）において、曲線状や折れ線状のメイン経路（Ｈ）にキャリア（２）をガイドするガイド（３）と、
    前記メイン経路（Ｈ）に沿って配置された電気的連結部（４，５）と、
    前記電気的連結部（４，５）から電圧や電力が排出されるようにし、キャリア（２）が前記電気連結部（４，５）において各々異なる確率密度／存在密度を有するように前記メイン経路（Ｈ）に沿ってキャリア（２）をガイドするフィールド（Ｆ）を生成するフィールド生成手段（１０）と、を有する装置（１）であって、
    前記ガイド（３）が前記移動領域（Ｂ）を形成するための２次元電子ガス層または薄い超伝導層（１１）を有し；及び／又は
    前記ガイド（３）及び／又は前記移動領域（Ｂ）及び／又は前記メイン経路（Ｈ）が平面（Ｅ）や閉鎖面に沿って曲線状及び／又は折れ線状で延びることを特徴とする装置。
  2. 前記ガイド（３）が互いに重なって置かれ、フェルミ準位が互いに異なる２個の固体層（６，７）を有し、前記移動領域（Ｂ）及び／又は前記２次元電子ガス層が前記２個の固体層（６，７）の間の境界面に沿って形成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  3. 前記ガイド（３）が互いに重なって置かれる複数の前記移動領域（Ｂ）及び／又は前記電子ガス層及び／又は前記超伝導層（１１）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
  4. キャリア（２）のための前記移動領域（Ｂ）の１つまたは複数の側面（９）が少なくとも部分的に拡散散乱させるように及び／又は全体がミラー角で反射することはないように形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 前記移動領域（Ｂ）の平均幅（Ｗ）と前記メイン経路（Ｈ）の曲率半径（Ｒ）が前記移動領域（Ｂ）内のキャリア（２）の平均自由行路以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記ガイド（３）及び／又は前記移動領域（Ｂ）が１回又は複数回折れ曲がり、及び／又は、一部がアーチ形や半円形であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記ガイド（３）及び／又は前記移動領域（Ｂ）の曲率半径（Ｒ）が１００ｎｍより大きく、好ましくは２００ｎｍより大きく、及び／又は、２０００ｎｍより小さく、好ましくは１６００ｎｍより小さいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
  8. 前記メイン経路（Ｈ）の曲率半径（Ｒ）が１００ｎｍより大きく、好ましくは２００ｎｍより大きく、及び／又は、２０００ｎｍより小さく、好ましくは１６００ｎｍより小さいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 磁場を含むフィールドを生成するフィールド生成手段（１０）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
  10. キャリア（２）が前記メイン経路（Ｈ）及び／又は前記移動領域（Ｂ）及び／又は前記ガイド（３）の曲率半径（Ｒ）と同じ曲率半径を有する軌道にガイドされるようにキャリア（２）をガイドするためのフィールド（Ｆ）やフィールド生成手段（１０）がキャリア（２）の平均速度を考慮して設定されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１）の使用方法であって、
    フィールド（Ｆ）を一定に維持した状態で連結部（４，５）を介して出力される電圧や電力としてキャリア（２）の熱エネルギー及び／又はキャリア（２）の電磁気内在／周辺雑音から電圧や電力を生成することを特徴とする使用方法。
  12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１）の使用方法であって、
    フィールド（Ｆ）を一定に維持した状態で連結部（４，５）を介して電力を出力して電荷キャリア（２）の熱エネルギーを除去して冷却することを特徴とする使用方法。
  13. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１）の使用方法であって、
    フィールド（Ｆ）を一定に維持した状態で、連結部（４，５）を介して電流を測定して電荷キャリア（２）の散乱や軌道を測定または決定し、及び／又は、電磁気輻射を測定または決定することを特徴とする使用方法。
  14. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１）の使用方法であって、
    １次元や２次元電子ガスや超伝導体内部の物理的特性を測定または決定することを特徴とする使用方法。
  15. 曲線状や折れ線状のメイン経路（Ｈ）に沿って電気的連結部（４，５）が配置され、電荷キャリア（２）をガイドするガイド（３）を備えた装置（１）の使用方法であって、
    前記ガイド（３）が移動領域（Ｂ）を形成するための２次元電子ガス層や超伝導層（１１）を有し；及び／又は
    前記ガイド（３）及び／又は移動領域（Ｂ）が平面（Ｅ）や閉鎖面から曲線状及び／又は折れ線状で延び；
    前記ガイド（３）に作用する磁場強度が連結部（４，５）を介した電圧の測定とそこからの磁場強度の決定によって検知または測定されることを特徴とする使用方法。
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