JP3297934B2 - Quantum box coupling device - Google Patents

Quantum box coupling device

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JP3297934B2
JP3297934B2 JP23772392A JP23772392A JP3297934B2 JP 3297934 B2 JP3297934 B2 JP 3297934B2 JP 23772392 A JP23772392 A JP 23772392A JP 23772392 A JP23772392 A JP 23772392A JP 3297934 B2 JP3297934 B2 JP 3297934B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、量子箱結合素に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention related <br/> the quantum boxes binding element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、量子波エレクトロニクスにおいて
は、電子のド・ブロイ波長と同程度の断面寸法を有する
極微箱構造、すなわちいわゆる量子箱が注目されてお
り、この量子箱内に閉じ込められた0次元電子が示す量
子効果に大きな関心がもたれている。
2. Description of the Related Art In recent years, in quantum wave electronics, a micro-box structure having a cross-sectional dimension comparable to the de Broglie wavelength of electrons, that is, a so-called quantum box, has been attracting attention. There is great interest in the quantum effects exhibited by two-dimensional electrons.

【0003】量子箱結合素子はこのような量子箱を複数
組み合わせたものであり、例えば図9に示すようなもの
が考えられる。図9に示すように、この量子箱結合素子
は、円柱形状の量子箱を複数配列したものであり、これ
らの量子箱間で電子(e- )の量子力学的トンネリング
を起こさせて電子分布を変化させることにより情報処理
を行おうとするものである。
A quantum box coupling element is a combination of a plurality of such quantum boxes, and for example, the one shown in FIG. 9 can be considered. As shown in FIG. 9, the quantum box coupling device has a plurality of cylindrical quantum boxes arranged therein, and causes quantum mechanical tunneling of electrons (e ) between the quantum boxes to reduce the electron distribution. It is intended to perform information processing by changing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の図9に示す量子
箱結合素子は、全ての量子箱が円柱形状を有し、従って
同一の対称性(360°の回転対称性)を有することか
ら、量子箱間の電子の遷移確率を制御するためには、量
子箱間の相対距離を変えるほかはない。しかし、量子箱
結合素子の平均量子箱密度を決めると、量子箱間の相対
距離の平均値も決まってしまうので、実際に変えること
ができるのは、その平均値からのゆらぎ分程度でしかな
い。このような理由により、図9に示す量子箱結合素子
の設計の自由度は小さい。
The quantum box coupling device shown in FIG. 9 described above has the same symmetry (360 ° rotational symmetry) because all the quantum boxes have a cylindrical shape, and therefore have the same symmetry. The only way to control the transition probability of electrons between quantum boxes is to change the relative distance between quantum boxes. However, when the average quantum box density of the quantum box coupling element is determined, the average value of the relative distance between the quantum boxes is also determined, and therefore, only the fluctuation from the average value can be actually changed. . For this reason, the degree of freedom in designing the quantum box coupling device shown in FIG. 9 is small.

【0005】従って、この発明の目的は、設計の自由度
が大きい量子箱結合素を提供することにある。
It is therefore an object of the present invention is to provide a degree of freedom is large quantum boxes binding element design.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第一の発明による量子箱結合素子は、互
いに対称性が異なる少なくとも二種類の量子箱を含む複
数の量子箱により構成され、少なくとも一種類の量子箱
が、量子箱間の相対角が0でない少なくとも一対の量子
箱を含むものである。
In order to achieve the above object, a quantum box coupling device according to a first aspect of the present invention comprises a plurality of quantum boxes including at least two types of quantum boxes having different symmetries from each other. And at least one quantum box
Is at least one pair of quantum
It includes a box .

【0007】この発明の第二の発明による量子箱結合素
子は、円柱形状を有する量子箱と多角柱形状を有する量
子箱とを少なくとも含む複数の量子箱により構成された
ものである。
[0007] A quantum box coupling device according to a second aspect of the present invention comprises a plurality of quantum boxes including at least a cylindrical quantum box and a polygonal quantum box.

【0008】この発明の第三の発明による量子箱結合素
子は、円柱形状を有する量子箱と四角柱形状を有する量
子箱とを少なくとも含む複数の量子箱により構成された
ものである。
A quantum box coupling device according to a third aspect of the present invention is constituted by a plurality of quantum boxes including at least a quantum box having a cylindrical shape and a quantum box having a quadrangular prism shape.

【0009】この発明の第四の発明による量子箱結合素
子は、第一の発明、第二の発明または第三の発明による
量子箱結合素子において、複数の量子箱が周期的に配列
されているものである。
A quantum box coupling device according to a fourth invention of the present invention is the quantum box coupling device according to the first invention, the second invention or the third invention, wherein a plurality of quantum boxes are periodically arranged. Things.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【作用】この発明によれば、量子箱間の相対距離ばかり
でなく、量子箱間の相対角を変えることなどによっても
量子箱間の電子の遷移確率を制御することができる。こ
れによって、円柱形状の量子だけで構成された量子箱
結合素子に比べて、設計の自由度が大きくなる。
According to the present invention, only the relative distance between quantum boxes is determined.
Alternatively, the transition probability of electrons between quantum boxes can be controlled by changing the relative angle between the quantum boxes. As a result, the degree of freedom in design is increased as compared with a quantum box coupling device composed of only a cylindrical quantum box .

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】なお、以下においては、一般に1個以上の
電子を収容可能な量子箱のうち電子を1個だけ収容可能
なものを特に量子ドットと呼び、この量子ドットを複数
組み合わせることにより構成された素子を量子ドット結
合素子と呼ぶ。
In the following, a quantum box capable of accommodating only one electron among a quantum box capable of accommodating one or more electrons is particularly called a quantum dot, and is constituted by combining a plurality of such quantum dots. The device is called a quantum dot coupling device.

【0016】この量子ドットはドット状の井戸部の周囲
を障壁層により三次元的に取り囲んだものであり、単一
量子ドットのポテンシャル井戸及びこのポテンシャル井
戸内の電子の基底状態の波動関数は概念的に図1のよう
に表される。
The quantum dot is formed by three-dimensionally surrounding a dot-shaped well with a barrier layer. The wave function of the potential well of a single quantum dot and the ground state of electrons in the potential well are conceptually defined. This is represented as shown in FIG.

【0017】今、図2に示すような二つの量子ドットか
ら成る量子ドット結合系を考える。そして、この量子ド
ット結合系における電子のダイナミックスを、孤立した
水素原子の電子状態の厳密解から水素分子イオン(H2
+ )の電子状態を考える場合の有効な近似法として知ら
れているLCAO(Linear Combination of Atomic Orb
itals)近似に基づいて考察する。
Now, consider a quantum dot coupling system composed of two quantum dots as shown in FIG. Then, the dynamics of electrons in this quantum dot coupled system is calculated from the exact solution of the electronic state of an isolated hydrogen atom to a hydrogen molecule ion (H 2
+ ) LCAO (Linear Combination of Atomic Orb) known as an effective approximation method when considering the electronic state of
itals).

【0018】このLCAO近似で考えると、最初は孤立
していた量子ドット1及び量子ドット2が互いに接近し
たときには、量子ドット1の電子の基底状態|1〉及び
量子ドット2の電子の基底状態|2〉のエネルギー準位
0 に幅2ΔEの分裂が起こり、結合状態と反結合状態
との二状態が得られる。これらの結合状態及び反結合状
態のエネルギー及び波動関数は次のように表される。
Considering this LCAO approximation, when the initially isolated quantum dots 1 and 2 approach each other, the ground state | 1> of the electrons of the quantum dot 1 and the ground state | of the electrons of the quantum dot 2 | In the energy level E 0 of 2>, a split of width 2ΔE occurs, and two states of a coupled state and an anti-coupled state are obtained. The energies and wave functions of these coupled and anti-coupled states are expressed as follows.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【数2】 ここで、ΔEはトランスファー・エネルギーと呼ばれ、
後述のように量子ドット間の電子のトンネル時間τの目
安となるものである。
(Equation 2) Here, ΔE is called transfer energy,
As will be described later, it is a measure of the tunnel time τ of electrons between quantum dots.

【0020】この量子ドット結合系のハミルトニアンをThe Hamiltonian of this coupled quantum dot system is

【数3】 と書くと、(Equation 3) And write

【数4】 は、次式で示されるようにこのハミルトニアンの固有状
態となっている。
(Equation 4) Is the eigenstate of this Hamiltonian as shown by the following equation.

【数5】 (Equation 5)

【0021】さて、今、例えば量子ドット1に電子が局
在しているとすると、この状態は
Now, for example, if electrons are localized in the quantum dot 1, this state is as follows.

【数6】 と書くことができる。この状態からシュレーディンガー
方程式によって時間発展させると、時刻tにおける状態
(Equation 6) Can be written. When this state is evolved over time by the Schrodinger equation, the state at time t is

【数7】 となる。(Equation 7) Becomes

【0022】これより、From this,

【数8】 を満たす時刻tになると、量子ドット1に局在していた
電子は量子ドット2に到達していることがわかる。従っ
て、このLCAO近似の範囲で、量子ドット1から量子
ドット2への電子のトンネル時間τを
(Equation 8) At time t that satisfies, it is understood that the electrons localized in the quantum dot 1 have reached the quantum dot 2. Therefore, within the range of the LCAO approximation, the tunnel time τ of the electron from the quantum dot 1 to the quantum dot 2 is set as follows.

【数9】 と考えることができる。(Equation 9) Can be considered.

【0023】このトンネル時間τは、より一般的には、This tunnel time τ is more generally

【数10】 のように考えるべきである(Equation 10) You should think like .

【0024】以上より、量子ドット結合系における電子
のダイナミックスを最も単純化すれば、量子ドット間の
トランスファー・エネルギーΔEの大きさに依存するト
ンネリングにより電子は運動することになる。
As described above, if the dynamics of the electrons in the quantum dot coupled system is most simplified, the electrons move by tunneling depending on the magnitude of the transfer energy ΔE between the quantum dots.

【0025】次に、LCAO近似の範囲でのトランスフ
ァー・エネルギーΔEの表式を求める。
Next, the expression of the transfer energy ΔE in the range of the LCAO approximation is obtained.

【0026】今、一辺の長さが2dの単独の正方形量子
ドットを考えると、そのポテンシャル・エネルギーは
Now, considering a single square quantum dot having a side length of 2d, its potential energy is

【数11】 である。従って、運動エネルギーをKと書けば、この系
のハミルトニアンは
[Equation 11] It is. Therefore, if we write the kinetic energy as K, the Hamiltonian of this system is

【数12】 である。このハミルトニアンの基底状態を(Equation 12) It is. The ground state of this Hamiltonian is

【数13】 とし、そのエネルギーをE0 とすれば、(Equation 13) And if its energy is E 0 ,

【数14】 が成り立つ。[Equation 14] Holds.

【0027】これに対し、二つの正方形量子ドットから
成る量子ドット結合系(図2参照)のハミルトニアン
は、次式のように書くことができる。
On the other hand, the Hamiltonian of a quantum dot coupled system composed of two square quantum dots (see FIG. 2) can be written as the following equation.

【0028】[0028]

【数15】 ただし、一方の量子ドットの中心座標及び他方の量子ド
ットの中心座標を図2に示すように書くと、
(Equation 15) However, if the center coordinates of one quantum dot and the center coordinates of the other quantum dot are written as shown in FIG.

【数16】 である。(Equation 16) It is.

【0029】一方、(10)式で示される単独正方形量子ド
ットのハミルトニアンの基底状態の波動関数は
On the other hand, the wave function of the ground state of the Hamiltonian of a single square quantum dot represented by the equation (10) is

【数17】 であるが、[Equation 17] In Although,

【数18】 はそれぞれ、(Equation 18) Respectively

【数19】 を満たしている。[Equation 19] Meets.

【0030】以上の準備ができたところで、(12)式で示
される量子ドット結合系のハミルトニアンのエネルギー
固有値を、(15)式で示される単独正方形量子ドットの固
有状態の張る二次元部分空間上で求める。この(15)式で
示される二つの固有状態は直交していないので、まず直
交基底を構成すると、これは例えば以下のようになる。
When the above preparations are completed, the energy eigenvalue of the Hamiltonian of the quantum dot coupled system represented by the equation (12) is calculated on the two-dimensional subspace spanned by the eigenstate of the single square quantum dot represented by the equation (15). Ask for. Since the two eigenstates represented by the equation (15) are not orthogonal, if an orthogonal basis is first constructed, this is as follows, for example.

【0031】[0031]

【数20】 (Equation 20)

【0032】この直交基底でハミルトニアン行列要素を
計算すると、
When the Hamiltonian matrix element is calculated on the orthogonal basis,

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【数24】 となる。ただし、これらの行列要素の計算においては、
(16)式及び次の式を用いた。
(Equation 24) Becomes However, in calculating these matrix elements,
Equation (16) and the following equation were used.

【0033】[0033]

【数25】 (Equation 25)

【0034】(20)式及び(21)式からわかるようにハミル
トニアン行列の非対角要素は0であるので、このハミル
トニアン行列は実は対角化されている。従って、エネル
ギー固有値は
As can be seen from Equations (20) and (21), the off-diagonal elements of the Hamiltonian matrix are 0, and thus this Hamiltonian matrix is actually diagonalized. Therefore, the energy eigenvalue is

【数26】 であり、その固有ベクトルがそれぞれ、(Equation 26) And their eigenvectors are

【数27】 となっている。[Equation 27] It has become.

【0035】(18)式及び(19)式の中で、波動関
数の局在性より、
In the equations (18) and (19), from the localization of the wave function,

【数28】 が言えるので、エネルギーとして[Equation 28] Can be said, as energy

【数29】 のように考えることができる。(Equation 29) Can be thought of as

【0036】以上述べた理論に基づいて、図3に示すよ
うな二次元の正方形量子ドット結合系についてトランス
ファー・エネルギーΔEの精密な計算を行った結果を図
4に示す。ただし、この計算に際しては、GaSb(障壁)
/InAs(井戸)ヘテロ構造から成る量子ドットを想定
し、量子ドットの一辺の長さを2d=10nm、量子ド
ット内部、すなわちInAsから成る井戸部における電子の
有効質量をmInAs=0.027me (me :真空中の電
子の質量)、量子ドット外部、すなわちGaSbから成る障
壁部における電子の有効質量をmGaSb=0.049
e 、GaSb/InAsヘテロ界面におけるポテンシャル障壁
の高さをV0 =0.8eVとした。
FIG. 4 shows the result of precise calculation of the transfer energy ΔE for the two-dimensional square quantum dot coupled system as shown in FIG. 3 based on the theory described above. However, in this calculation, GaSb (barrier)
/ InAs (well) Assuming a quantum dot having a heterostructure, the length of one side of the quantum dot is 2d = 10 nm, and the effective mass of electrons inside the quantum dot, that is, the well portion of InAs is m InAs = 0.027 m e. ( Me : mass of electron in vacuum), and the effective mass of electron outside the quantum dot, ie, the barrier portion made of GaSb, is expressed as m GaSb = 0.049.
m e , the height of the potential barrier at the GaSb / InAs hetero interface was set to V 0 = 0.8 eV.

【0037】図4より、量子ドット間の距離2rを固定
しても、その相対角θの変化によりΔEが大きく変化し
ていることがわかる。例えば、2r=17.5nmの場
合には、θが0〜π/4の範囲で変化するのに伴い、Δ
Eは8桁以上変化している。そして、これによって、量
子ドット間の電子のトンネル時間τを8桁以上も変化さ
せることができる。
FIG. 4 shows that even when the distance 2r between the quantum dots is fixed, ΔE changes greatly due to a change in the relative angle θ. For example, when 2r = 17.5 nm, as θ changes in the range of 0 to π / 4, Δ
E has changed by more than eight digits. Thus, the tunnel time τ of electrons between quantum dots can be changed by eight digits or more.

【0038】この発明の実施例においては、以上のよう
なΔEの制御による量子ドット間の電子のトンネル時間
τ、従って遷移確率の制御を用いる。
In the embodiment of the present invention, the control of the tunnel time τ of electrons between quantum dots by the control of ΔE and the control of the transition probability are used.

【0039】図5はこの発明の第一実施例による量子ド
ット結合素子を示す。
FIG. 5 shows a quantum dot coupling device according to a first embodiment of the present invention.

【0040】図5に示すように、この第一実施例による
量子ドット結合素子においては、360°の回転対称性
を有する円柱形状の量子ドットと、90°の回転対称性
を有する正四角柱状の量子ドットとの互いに対称性の異
なる二種類の量子ドットから成る複数の量子ドットが一
定間隔で周期的に配列されている。この場合、円柱形状
を有する量子ドットには、直径が互いに異なる少なくと
も二種類のものが含まれている。
As shown in FIG. 5, in the quantum dot coupling device according to the first embodiment, a cylindrical quantum dot having 360 ° rotational symmetry and a regular square prism having 90 ° rotational symmetry are provided. A plurality of quantum dots composed of two types of quantum dots having different symmetry from the quantum dots are periodically arranged at regular intervals. In this case, the cylindrical quantum dots include at least two types of quantum dots having different diameters.

【0041】この第一実施例による量子ドット結合素子
は、量子ドットの形状(円柱形状または正四角柱形
状)、正四角柱形状の量子ドット間の相対角、円柱形状
の量子ドットの大きさなどをこの量子ドット結合素子の
使用目的に応じて変えることにより量子ドット間の電子
のトンネリングを制御し、それによって電子分布を変化
させることにより情報処理を行うものである。
In the quantum dot coupling device according to the first embodiment, the shape of the quantum dot (cylindrical or square prism), the relative angle between the quantum dots of the square prism, the size of the cylindrical quantum dot, and the like are determined. The tunneling of electrons between quantum dots is controlled by changing the quantum dot coupling element according to the purpose of use, thereby performing information processing by changing the electron distribution.

【0042】この第一実施例によれば、量子ドット間の
相対距離、従って量子ドット密度を固定しても、量子ド
ットの形状、正四角柱形状の量子ドット間の相対角、円
柱形状の量子ドットの大きさなどを変えることにより、
量子ドット間の結合の強さ、従って量子ドット間の電子
の遷移確率を制御することができるので、所望の情報処
理機能を有する量子ドット結合素子を実現することがで
きる。
According to the first embodiment, even if the relative distance between the quantum dots, and hence the quantum dot density, is fixed, the shape of the quantum dots, the relative angle between the quantum dots in the shape of a square prism, the quantum dots in the shape of a cylinder, By changing the size of the
Since the strength of the coupling between the quantum dots, that is, the transition probability of electrons between the quantum dots, can be controlled, a quantum dot coupling device having a desired information processing function can be realized.

【0043】図6はこの発明の第二実施例による量子ド
ット結合素子を示す。
FIG. 6 shows a quantum dot coupling device according to a second embodiment of the present invention.

【0044】図6に示すように、この第二実施例による
量子ドット結合素子は、円柱形状を有する量子ドットと
正四角柱状の量子ドットとの互いに対称性の異なる二種
類の量子ドットから成る複数の量子ドットにより構成さ
れていることは第一実施例による量子ドット結合素子と
同じであるが、これらの複数の量子ドットは非周期的に
配列されており、量子ドット間の間隔は一定ではないこ
とが第一実施例と異なる。
As shown in FIG. 6, the quantum dot coupling device according to the second embodiment is composed of a plurality of two types of quantum dots having different symmetries, that is, a quantum dot having a cylindrical shape and a quantum dot having a square prism shape. Is constituted by the quantum dot coupling element according to the first embodiment, but the plurality of quantum dots are arranged non-periodically, and the interval between the quantum dots is not constant. This is different from the first embodiment.

【0045】この第二実施例によれば、量子ドットの形
状、正四角柱形状の量子ドット間の相対角、円柱形状の
量子ドットの大きさなどに加えて、量子ドット間の相対
距離を変えることによっても量子ドット間の電子の遷移
確率を制御することができるので、量子ドット結合素子
の設計の自由度が大きいという利点がある。
According to the second embodiment, the relative distance between the quantum dots can be changed in addition to the shape of the quantum dots, the relative angle between the square-shaped quantum dots, the size of the cylindrical-shaped quantum dots, and the like. Also, since the transition probability of electrons between quantum dots can be controlled, there is an advantage that the degree of freedom in designing the quantum dot coupling device is large.

【0046】図7はこの発明の第三実施例による量子ド
ット結合素子を示す。
FIG. 7 shows a quantum dot coupling device according to a third embodiment of the present invention.

【0047】図7に示すように、この第三実施例による
量子ドット結合素子においては、360°の回転対称性
を有する円柱形状の量子ドットと、90°の回転対称性
を有する正四角柱状の量子ドットと、120°の回転対
称性を有する正三角柱形状の量子ドットとの互いに対称
性の異なる三種類の量子ドットから成る複数の量子ドッ
トが一定間隔で周期的に配列されている。円柱形状を有
する量子ドットに直径が互いに異なる少なくとも二種類
のものが含まれていることは第一実施例と同様である。
As shown in FIG. 7, in the quantum dot coupling device according to the third embodiment, a cylindrical quantum dot having a rotational symmetry of 360 ° and a regular quadrangular prism having a rotational symmetry of 90 ° are provided. A plurality of quantum dots composed of three types of quantum dots having different symmetry, that is, a quantum dot and a regular triangular prism-shaped quantum dot having a rotational symmetry of 120 °, are periodically arranged at regular intervals. As in the first embodiment, quantum dots having a columnar shape include at least two types of quantum dots having different diameters.

【0048】この第三実施例によれば、第一実施例と同
様に、量子ドット間の相対距離、従って量子ドット密度
を固定しても、量子ドットの形状(円柱形状、正四角柱
形状または正三角柱形状)、正四角柱形状の量子ドット
間の相対角、円柱形状の量子ドットの大きさなどを変え
ることにより量子ドット間の電子の遷移確率を制御する
ことができ、これによって所望の情報処理機能を有する
量子ドット結合素子を実現することができる。
According to the third embodiment, as in the first embodiment, even when the relative distance between the quantum dots, that is, the quantum dot density is fixed, the shape of the quantum dot (a cylindrical shape, a square prism shape, or a positive The transition probability of electrons between quantum dots can be controlled by changing the relative angle between the quantum dots in the shape of a triangular prism, the square in the shape of a square prism, and the size of the quantum dots in a cylindrical shape. Can be realized.

【0049】また、この第二実施例による量子ドット結
合素子においては、円柱形状の量子ドットと正四角柱状
の量子ドットと正三角柱形状の量子ドットとの三種類の
量子ドットを用いているので、この第二実施例による量
子ドット結合素子の設計の自由度は、円柱形状の量子ド
ットと正四角柱状の量子ドットとの二種類の量子ドット
を用いた第一実施例による量子ドット結合素子に比べて
大きくなる。
In the quantum dot coupling device according to the second embodiment, three types of quantum dots, ie, a cylindrical quantum dot, a square quadrangular prism quantum dot, and a regular triangular prism quantum dot, are used. The degree of freedom of design of the quantum dot coupling device according to the second embodiment is different from that of the quantum dot coupling device according to the first embodiment using two types of quantum dots, namely, a cylindrical quantum dot and a square quadrangular quantum dot. It becomes bigger.

【0050】なお、量子ドット間の相対角を変えること
によりトランスファー・エネルギーΔEを大きく変化さ
せることができることはすでに述べた通りであるが、量
子ドット間の相対距離2rを変えることによっても当然
ΔEを大きく変化させることができる。しかし、後者の
自由度には限りがあることを以下に説明する。
As described above, the transfer energy ΔE can be largely changed by changing the relative angle between the quantum dots. However, by changing the relative distance 2r between the quantum dots, ΔE can be naturally changed. It can vary greatly. However, the fact that the latter has a limited degree of freedom will be described below.

【0051】すなわち、今、図8に示すような量子ドッ
ト結合系を考え、その全体の面積をSとし、その中にN
個の量子ドットが存在するとする。すると、この場合の
量子ドット間の相対距離の平均値、すなわち平均距離は
<r>=(S/N)1/2 と定まるので、量子ドット間の
相対距離は、この平均距離からのゆらぎ分程度しか変え
ることができない。言い換えれば、例えば図8の量子ド
ット1及び量子ドット2間の相対距離l12を平均距離<
r>よりも大きくしようとすれば、量子ドット1とそれ
に隣接する他の量子ドット、例えば量子ドットjとの間
の相対距離d1j及び量子ドット2とそれに隣接する他の
量子ドット、例えば量子ドットiとの間の相対距離d2i
は平均的に<r>より小さくなってしまう。
That is, consider a quantum dot coupling system as shown in FIG.
Assume that there are quantum dots. Then, since the average value of the relative distance between the quantum dots in this case, that is, the average distance is determined as <r> = (S / N) 1/2 , the relative distance between the quantum dots is equivalent to the fluctuation from this average distance. It can only be changed to a degree. In other words, for example, the relative distance l 12 between the quantum dots 1 and 2 in FIG.
If it is to be larger than r>, the relative distance d 1j between the quantum dot 1 and another quantum dot adjacent thereto, for example, the quantum dot j, and the quantum dot 2 and another quantum dot adjacent thereto, for example, the quantum dot j relative distance d 2i
Is smaller than <r> on average.

【0052】以上、この発明の実施例について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.

【0053】例えば、上述の第一実施例、第二実施例及
び第三実施例における正四角柱形状の量子ドットの代わ
りに正四角柱以外の四角柱形状の量子ドットを用いるこ
とが可能である。同様に、第三実施例における正三角柱
形状の量子ドットの代わりに正三角柱以外の三角柱形状
の量子ドットを用いることも可能である。
For example, it is possible to use a quadrangular prism-shaped quantum dot other than a quadrangular prism in place of the quadrangular prism-shaped quantum dot in the first, second and third embodiments described above. Similarly, instead of the regular triangular prism shaped quantum dots in the third embodiment, a triangular prism shaped quantum dot other than a regular triangular prism can be used.

【0054】さらに、より一般的には、円柱形状の量子
ドットと一種類または二種類以上の多角柱形状の量子ド
ットとにより量子ドット結合素子を構成することが可能
である。
Further, more generally, a quantum dot coupling element can be constituted by a cylindrical quantum dot and one or two or more types of polygonal quantum dots.

【0055】なお、例えば図5、図6または図7に示す
量子ドット結合素子の各量子ドットをその面に垂直方向
に延ばすことにより量子細線結合素子を構成することが
可能である。このように構成される量子細線結合素子に
おいては、量子細線間の結合の強さを上述の実施例で述
べたと同様な方法で制御することにより、量子細線間の
電子の遷移確率を制御することが可能である。
For example, a quantum wire coupling device can be formed by extending each quantum dot of the quantum dot coupling device shown in FIG. 5, 6, or 7 in a direction perpendicular to the surface thereof. In the thus configured quantum wire coupling device, by controlling the strength of the coupling between the quantum wires in the same manner as described in the above-described embodiment, the transition probability of electrons between the quantum wires can be controlled. Is possible.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
互いに対称性が異なる少なくとも二種類の量子箱を含む
複数の量子箱により構成され、少なくとも一種類の量子
が、量子箱間の相対角が0でない少なくとも一対の量
子箱を含むので、量子箱間の相対距離ばかりでなく、量
子箱間の相対角などによっても量子箱間の電子の遷移確
率を制御することができ、従って設計の自由度が大き
い。
As described above, according to the present invention,
Consisting of a plurality of quantum boxes including at least two types of quantum boxes having different symmetries from each other, at least one type of quantum box is composed of at least one pair of non-zero relative angles between quantum boxes.
Since the child box is included , the transition probability of electrons between quantum boxes can be controlled not only by the relative distance between quantum boxes but also by the relative angle between quantum boxes and the like, so that the degree of freedom in design is large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】単一量子ドットのポテンシャル井戸及びこのポ
テンシャル井戸内の電子の基底状態の波動関数を概念的
に示す略線図である。
FIG. 1 is a schematic diagram conceptually showing a potential well of a single quantum dot and a wave function of a ground state of electrons in the potential well.

【図2】二つの量子ドットから成る量子ドット結合系を
示す略線図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a quantum dot coupling system including two quantum dots.

【図3】二次元の正方形量子ドット結合系における量子
ドット間の相対距離及び相対角を示す略線図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relative distance and a relative angle between quantum dots in a two-dimensional square quantum dot coupling system.

【図4】図3に示す正方形量子ドット結合系における相
対角θによるトランスファー・エネルギーΔE及びトン
ネル時間τの変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in transfer energy ΔE and tunnel time τ according to the relative angle θ in the square quantum dot coupling system shown in FIG. 3;

【図5】この発明の第一実施例による量子ドット結合素
子を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the quantum dot coupling device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第二実施例による量子ドット結合素
子を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a quantum dot coupling device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】この発明の第三実施例による量子ドット結合素
子を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a quantum dot coupling device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】量子ドット間の相対距離を変えることによりト
ランスファー・エネルギーΔEを変化させる場合の限界
を説明するための略線図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a limit in a case where transfer energy ΔE is changed by changing a relative distance between quantum dots.

【図9】円柱形状の量子箱を複数組み合わせることによ
り構成された量子箱結合素子を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a quantum box coupling device configured by combining a plurality of cylindrical quantum boxes.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−137521(JP,A) 特開 平2−210332(JP,A) 特開 平4−354170(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/68 H01L 29/06 H01L 29/66 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-137521 (JP, A) JP-A-2-210332 (JP, A) JP-A-4-354170 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/68 H01L 29/06 H01L 29/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 互いに対称性が異なる少なくとも二種類
の量子箱を含む複数の量子箱により構成され、少なくと
も一種類の量子箱が、量子箱間の相対角が0でない少な
くとも一対の量子箱を含む量子箱結合素子。
1. A plurality of quantum boxes including at least two types of quantum boxes having different symmetries from each other, wherein at least one type of quantum box has a small relative angle between quantum boxes that is not zero.
A quantum box coupling device including at least a pair of quantum boxes .
【請求項2】 円柱形状を有する量子箱と多角柱形状を
有する量子箱とを少なくとも含む複数の量子箱により構
成された量子箱結合素子。
2. A quantum box coupling device comprising a plurality of quantum boxes including at least a quantum box having a cylindrical shape and a quantum box having a polygonal pillar shape.
【請求項3】 円柱形状を有する量子箱と四角柱形状を
有する量子箱とを少なくとも含む複数の量子箱により構
成された量子箱結合素子。
3. A quantum box coupling device comprising a plurality of quantum boxes including at least a quantum box having a cylindrical shape and a quantum box having a quadrangular prism shape.
【請求項4】 上記複数の量子箱が周期的に配列されて
いる請求項1、2または3記載の量子箱結合素子
4. The quantum box coupling device according to claim 1, wherein said plurality of quantum boxes are periodically arranged .
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