JPH04273478A - Quantum ring device - Google Patents

Quantum ring device

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JPH04273478A
JPH04273478A JP3034432A JP3443291A JPH04273478A JP H04273478 A JPH04273478 A JP H04273478A JP 3034432 A JP3034432 A JP 3034432A JP 3443291 A JP3443291 A JP 3443291A JP H04273478 A JPH04273478 A JP H04273478A
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JP
Japan
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ring
rings
quantum
carriers
energy state
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Withdrawn
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JP3034432A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Oshima
利雄 大島
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To acquire a quantum ring device which uses Ahoronov-Bohm effect by applying magnetic field or electric field to a ring which is formed of a conductive substance and constitutes a closed loop and by changing energy state of carrier in the ring. CONSTITUTION:A ring 1 is electrically isolated. When magnetic field is applied to the ring 1 from a magnetic field applying means 2 or electric field is applied to the ring 1 from an electric field applying means 3, energy state of carrier in the ring 1 changes instantly through Aharonov-Bohm effect. The change of energy state of carrier is acquired as a signal by a signal pick-up means 5 of photoabsorption, light emitting recombination, etc.; thereby an electronic/ optical device is realized.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、電子・光デバイスに関
し、特にアハラノフ・ボーム効果を利用した電子・光デ
バイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to electronic/optical devices, and more particularly to electronic/optical devices that utilize the Ahranoff-Bohm effect.

【0002】たとえば、コンピュータや通信装置におい
ては、より高速、低消費電力、多機能、新機能のデバイ
スが待望される。
For example, in computers and communication devices, devices with higher speed, lower power consumption, multiple functions, and new functions are desired.

【0003】0003

【従来の技術】従来の電子・光デバイスの多くは、トラ
ンジスタ構造またはダイオード構造を採用している。近
年、結晶成長技術、薄膜形成技術、微細加工技術の進展
に伴い、これら従来の電子・光デバイスの微細化、高速
化、高集積化、低消費電力化は、ほぼ極限に近いところ
まで達成されたとも考えられる。そして、これらデバイ
スの本質的機能とは異なる寄生的効果が立ちはだかって
いる。この寄生的効果の具体的な例は、配線の寄生容量
や高電界化によるトンネル効果等である。
2. Description of the Related Art Many conventional electronic and optical devices employ a transistor structure or a diode structure. In recent years, with advances in crystal growth technology, thin film formation technology, and microfabrication technology, the miniaturization, speeding up, high integration, and low power consumption of these conventional electronic and optical devices have been achieved almost to the limit. It is also conceivable. However, parasitic effects that differ from the essential functions of these devices stand in the way. Specific examples of this parasitic effect include parasitic capacitance of wiring and tunnel effect due to high electric field.

【0004】たとえば、電流をスイッチすることにより
、次段の容量Cを充電して電位を上昇させたり下降させ
たりすると、充電路の抵抗Rと容量Cにより必然的にR
C時定数が関与してくる。また、バンドギャップや誘電
率等用いる材料によって定まるパラメータがあり、高電
界化、高電流密度化が避け難い場合も多い。
For example, when switching the current to charge the capacitor C in the next stage to raise or lower the potential, R is inevitably caused by the resistance R and capacitance C in the charging path
The C time constant comes into play. Furthermore, there are parameters determined by the material used, such as band gap and dielectric constant, and it is often difficult to avoid high electric fields and high current densities.

【0005】近年、アハラノフ・ボーム効果と呼ばれる
量子力学的効果を利用したデバイスが研究されている。 アハラノフ・ボーム効果とは、磁束が外に洩れていない
無限長のソレノイドの両側を通る電子の運動が磁束によ
って影響される現象として発見された。
[0005] In recent years, devices that utilize a quantum mechanical effect called the Ahranoff-Bohm effect have been studied. The Ahranov-Bohm effect was discovered as a phenomenon in which the movement of electrons passing on both sides of an infinitely long solenoid, with no magnetic flux leaking outside, is affected by magnetic flux.

【0006】すなわち、素粒子の運動に与えられる電磁
気的影響は、電界や磁界ではなく、スカラポテンシャル
やベクトルポテンシャル等によるものであり、荷電粒子
の通路に電界や磁界が存在しなくても、ポテンシャルが
あれば荷電粒子の運動に影響を与えることがあり得るこ
とを示している。
In other words, the electromagnetic influence on the motion of elementary particles is due to scalar potential, vector potential, etc., rather than electric or magnetic fields, and even if no electric or magnetic field exists in the path of the charged particle, the potential This shows that the motion of charged particles can be affected if

【0007】図2を参照して、従来の技術によるアハラ
ノフ・ボーム効果を利用したデバイスを説明する。図2
(A)は、金属リングを用いたデバイスを示す。このデ
バイスを用いた実験は、ウェッブ他によってフィジカル
レビューレターズ54巻25号(1985年6月)第2
696頁に報告されている。金薄膜で形成された直径数
100nmのリング51は、リード線52、53によっ
て外部に接続されている。このリング51を貫通して磁
束φが印加される。
Referring to FIG. 2, a conventional device utilizing the Ahranoff-Bohm effect will be described. Figure 2
(A) shows a device using a metal ring. Experiments using this device were reported by Webb et al. in Physical Review Letters, Vol. 54, No. 25 (June 1985), No. 2.
It is reported on page 696. A ring 51 made of a thin gold film and having a diameter of several hundred nm is connected to the outside through lead wires 52 and 53. A magnetic flux φ is applied through this ring 51.

【0008】実験は、磁束φを変化させた時のリード線
52、53間の磁気抵抗を測定した。測定結果によれば
、磁気抵抗は磁束変化に対して周期的に変動した。周期
的変動は早い成分と遅い成分とを含んだが、早い成分は
磁束がh/eの変化を示す時に、磁気抵抗が一周期の変
化を示した。すなわち、アハラノフ・ボーム効果により
、リング51の磁気抵抗が変化することが観測された。
In the experiment, the magnetic resistance between the lead wires 52 and 53 was measured when the magnetic flux φ was changed. According to the measurement results, the magnetoresistance fluctuated periodically with respect to magnetic flux changes. The periodic fluctuation included a fast component and a slow component, and the fast component showed a one-period change in magnetic resistance when the magnetic flux showed a change in h/e. That is, it was observed that the magnetic resistance of the ring 51 changed due to the Ahranoff-Bohm effect.

【0009】この実験は、微小なリングに一対のリード
線を接続することにより、アハラノフ・ボーム効果によ
るコンダクタンスの変化を利用することができることを
示唆している。
This experiment suggests that by connecting a pair of lead wires to a minute ring, it is possible to utilize changes in conductance due to the Ahranoff-Bohm effect.

【0010】図2(B)は、ダッタ他により、フィジカ
ルレビューレターズ55巻21号(1985年11月)
第2344頁に報告された実験に用いられたデバイスを
断面で示す。この実験においては、導電体として単結晶
半導体を用いている。金属と比較して単結晶半導体は、
キャリアの散乱が低く、平均自由行程が長くなり、高い
信号/雑音比を得ることができる。
[0010] FIG. 2(B) is by Datta et al., Physical Review Letters, Vol. 55, No. 21 (November 1985).
The device used in the experiment reported on page 2344 is shown in cross section. In this experiment, a single crystal semiconductor is used as the conductor. Compared to metals, single crystal semiconductors are
Carrier scattering is low, the mean free path is long, and a high signal/noise ratio can be obtained.

【0011】図示の構成において、半絶縁性GaAs基
板61の上に、GaAsバッファ層62がエピタキシャ
ルに成長され、その上に障壁層として機能するAlGa
As層63がエピタキシャルに成長されている。AlG
aAsはGaAsよりバンドギャップが広く、GaAs
中のキャリアに対して電位障壁を形成することができる
。このAlGaAs層63の上に、導電体として機能す
るGaAs層64、障壁層として機能するAlGaAs
層65、導電体として機能するGaAs層66、障壁層
として機能するAlGaAs層67が順にエピタキシャ
ルに成長されている。さらに、エピタキシャル層表面か
らn+ 型のアロイイングを行なって導電領域68、6
9を形成している。このようにして、斜線部分で示す導
電領域が形成される。この導電領域は、中央のAlGa
As領域65を取り囲むリング(本明細書においては、
閉じたループ型形状の導電体をリングと呼ぶ)が形成さ
れていることがわかる。このリング中の2点であるアロ
イイング領域68、69に、直流電源70から電圧を印
加し、紙面垂直方向に磁束を印加する。
In the illustrated configuration, a GaAs buffer layer 62 is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate 61, and an AlGa buffer layer 62 is grown thereon to function as a barrier layer.
An As layer 63 is grown epitaxially. AlG
aAs has a wider bandgap than GaAs;
A potential barrier can be formed for the carriers inside. On this AlGaAs layer 63, a GaAs layer 64 functioning as a conductor and an AlGaAs layer 64 functioning as a barrier layer are formed.
A layer 65, a GaAs layer 66 functioning as a conductor, and an AlGaAs layer 67 functioning as a barrier layer are epitaxially grown in this order. Further, n+ type alloying is performed from the surface of the epitaxial layer to form conductive regions 68, 6.
9 is formed. In this way, conductive regions shown by hatched areas are formed. This conductive region is centered on the central AlGa
A ring surrounding the As region 65 (in this specification,
It can be seen that a closed loop-shaped conductor (called a ring) is formed. A voltage is applied from a DC power supply 70 to the alloying regions 68 and 69, which are two points in this ring, and magnetic flux is applied in a direction perpendicular to the plane of the paper.

【0012】磁束を変化させつつ、測定したリングのコ
ンダクタンスは、周期的な変動を示した。アハラノフ・
ボーム効果から理論的に予測される周期は、h/eA(
ただし、Aはリングで囲まれた部分の面積)である。 実験データから得られた値はほぼ理論値と一致するもの
であった。
[0012] While changing the magnetic flux, the measured conductance of the ring showed periodic fluctuations. Akharanov
The period theoretically predicted from the Bohm effect is h/eA (
However, A is the area of the part surrounded by the ring). The values obtained from the experimental data were almost in agreement with the theoretical values.

【0013】このように、アハラノフ・ボーム効果を用
いた新規なデバイスの可能性が実験的に確認されている
[0013] Thus, the possibility of a new device using the Ahranoff-Bohm effect has been experimentally confirmed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術によるアハ
ラノフ・ボーム効果を用いたデバイスは、導電体のリン
グにリード線を接続し、リングに磁束を印加してコンダ
クタンスの変化を測定するものであった。
[Problems to be Solved by the Invention] A conventional device using the Ahranov-Bohm effect connects a lead wire to a conductive ring and measures changes in conductance by applying magnetic flux to the ring. Ta.

【0015】本発明の目的は、アハラノフ・ボーム効果
を用いた新規な量子リングデバイスを提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a novel quantum ring device using the Ahranov-Bohm effect.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の量子リングデバ
イスは、導電性物質で形成され、閉じたループを構成す
るリングと、リングに磁界あるいは電界を印加して、リ
ング中のキャリアのエネルギ状態を変化させる手段と、
キャリアのエネルギ状態の変化を信号として取り出す信
号取出手段とを含む。
[Means for Solving the Problems] The quantum ring device of the present invention includes a ring formed of a conductive material and forming a closed loop, and a magnetic field or an electric field applied to the ring to change the energy state of carriers in the ring. means for changing the
and signal extraction means for extracting a change in the energy state of the carrier as a signal.

【0017】なお、リングとはループ形状のものであれ
ばよく、必ずしも円形およびそれに類似する形状を意味
しない。
[0017] Note that the ring may be of any loop shape, and does not necessarily mean a circle or a similar shape.

【0018】[0018]

【作用】導電性物質で形成したリングには、電子、正孔
等のキャリアが存在する。リングに磁界あるいは電界を
印加すると、リング中のキャリアのエネルギ状態に変化
する。このキャリアのエネルギ状態の変化を、信号取出
手段によって信号として取り出すことにより、電子・光
デバイスが実現される。
[Operation] Carriers such as electrons and holes exist in the ring formed of a conductive material. When a magnetic or electric field is applied to the ring, the energy state of the carriers in the ring changes. An electronic/optical device is realized by extracting this change in the energy state of the carrier as a signal by a signal extracting means.

【0019】キャリアのエネルギ状態の変化を取り出す
手段としては、たとえば光吸収、発光性再結合等が利用
できる。
As means for extracting changes in the energy state of carriers, for example, light absorption, luminescent recombination, etc. can be used.

【0020】[0020]

【実施例】図1は、本発明の基本的実施例を示す概略斜
視図である。金属あるいは半導体等の導電性物質によっ
て形成されたリング1が配置され、このリング1内に磁
束を印加する手段2ないしは、リング1に電界を印加す
る手段3がリング1と機能的に結合して配置されている
。また、リング1の近傍にはリング内のキャリアのエネ
ルギ状態の変化を信号として取り出す信号取出手段5が
配置されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic perspective view showing a basic embodiment of the present invention. A ring 1 made of a conductive material such as a metal or a semiconductor is disposed, and means 2 for applying a magnetic flux within the ring 1 or means 3 for applying an electric field to the ring 1 are functionally coupled to the ring 1. It is located. Further, a signal extraction means 5 is arranged near the ring 1 to extract a change in the energy state of carriers within the ring as a signal.

【0021】さらに、リング1に光を導入するための受
光手段6を設けてもよい。本実施例においては、リング
1は電気的に孤立している。磁界印加手段2からリング
1に磁界を印加するか、電界印加手段3からリング1に
電界を印加すると、リング1内のキャリアのエネルギ状
態は、アハラノフ・ボーム効果によって瞬間的に変化す
る。たとえば、エネルギ準位の変化した電子と正孔を発
光性再結合させることにより、波長可変の発光デバイス
が実現できる。この場合、信号取出手段5は、たとえば
窓、レンズ、ファイバ等の導波手段によって構成される
Furthermore, a light receiving means 6 for introducing light into the ring 1 may be provided. In this embodiment, ring 1 is electrically isolated. When a magnetic field is applied to the ring 1 from the magnetic field application means 2 or an electric field is applied to the ring 1 from the electric field application means 3, the energy state of carriers within the ring 1 changes instantaneously due to the Ahranoff-Bohm effect. For example, by luminescently recombining electrons and holes whose energy levels have changed, a wavelength-tunable light-emitting device can be realized. In this case, the signal extraction means 5 is constituted by a waveguide means such as a window, a lens, a fiber, or the like.

【0022】リング1内のキャリアは、リング1内にも
ともとあったものでもよいし、何らかのキャリア供給機
構によって供給されたものでもよい。また、電子正孔対
を形成するため、たとえば外部からの光を受光手段6に
よってリング1に照射してもよい。
The carrier within the ring 1 may be one that originally existed within the ring 1, or may be one that is supplied by some carrier supply mechanism. Further, in order to form electron-hole pairs, the ring 1 may be irradiated with light from the outside by the light receiving means 6, for example.

【0023】また、リング1内のキャリアのエネルギ準
位が変化した時にのみ受光手段6から導入された光の吸
収が生じるようにした受光デバイスを構成してもよい。 なお、図1にはリングを1つ含む構成を示したが、複数
のリングを用いる構成を採用することもできる。単一基
板上にリングを多数配置し、集積化したデバイスを構成
することもできる。また、孤立したリングの代わりに、
配線によって他のデバイスや他のリングと結合したリン
グを用いることもできる。また、磁界印加手段と電界印
加手段と同時に利用することもできる。また、信号入力
、信号出力の形態も、光に限らない。
Furthermore, the light receiving device may be configured such that the light introduced from the light receiving means 6 is absorbed only when the energy level of carriers within the ring 1 changes. Although FIG. 1 shows a configuration including one ring, a configuration using a plurality of rings can also be adopted. It is also possible to arrange a large number of rings on a single substrate to form an integrated device. Also, instead of an isolated ring,
It is also possible to use a ring that is connected to other devices or other rings by wiring. Further, the magnetic field applying means and the electric field applying means can be used simultaneously. Furthermore, the form of signal input and signal output is not limited to light.

【0024】次に、図3を参照して、本発明のより具体
的な実施例を説明する。図3(A)は断面図を示し、図
3(B)は平面図を示す。図において、半絶縁性GaA
s基板11の上に、アンドープのGaAsで形成された
電子走行層12および、n型AlGaAsで形成された
電子供給層13をエピタキシャルに成長する。たとえば
、電子走行層12の厚さは約200nm、電子供給層1
3のドーピング濃度は、約1E18cm−3とする。こ
のようにして、いわゆる2次元電子ガス構造が構成され
る。電子供給層13の上には、図3(B)に示すような
リング状のゲート電極14を形成する。なお、GaAs
で形成された電子走行層12と、AlGaAsで形成さ
れた電子供給層13の間のヘテロ界面の電子走行層側に
、ゲート電圧0の状態でキャリアが存在せず、ゲート1
4に正の電圧を印加することによって電極下に2次元電
子ガス15が蓄積される構成とする。
Next, a more specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3(A) shows a cross-sectional view, and FIG. 3(B) shows a plan view. In the figure, semi-insulating GaA
An electron transit layer 12 made of undoped GaAs and an electron supply layer 13 made of n-type AlGaAs are epitaxially grown on the s-substrate 11. For example, the thickness of the electron transit layer 12 is about 200 nm, and the thickness of the electron supply layer 1 is about 200 nm.
The doping concentration of 3 is approximately 1E18 cm-3. In this way, a so-called two-dimensional electron gas structure is constructed. A ring-shaped gate electrode 14 as shown in FIG. 3(B) is formed on the electron supply layer 13. In addition, GaAs
When the gate voltage is 0, no carriers exist on the electron transit layer side of the hetero interface between the electron transit layer 12 made of AlGaAs and the electron supply layer 13 made of AlGaAs, and the gate 1
By applying a positive voltage to electrode 4, two-dimensional electron gas 15 is accumulated under the electrode.

【0025】このようにして、ゲート電極14に対応す
る形状に、2次元電子ガス15が形成されリングを構成
する。このリングに垂直に(図中、縦方向に)磁束φを
印加する。磁束φによる吸収端の変化εは、図に示した
式によって近似できる。ただし、式中hはプランク定数
、mは電子または正孔の有効質量、Lはリングの周長、
φo は磁束量子、Etoはリング内横方向運動の基底
エネルギ、Eg はバンドギャップ、Eo は2次元電
子ガスの基底エネルギである。
In this way, the two-dimensional electron gas 15 is formed in a shape corresponding to the gate electrode 14, forming a ring. A magnetic flux φ is applied perpendicularly to this ring (in the vertical direction in the figure). The change ε in the absorption edge due to the magnetic flux φ can be approximated by the formula shown in the figure. However, in the formula, h is Planck's constant, m is the effective mass of electrons or holes, L is the circumference of the ring,
φo is the magnetic flux quantum, Eto is the fundamental energy of transverse motion within the ring, Eg is the band gap, and Eo is the fundamental energy of the two-dimensional electron gas.

【0026】リングの直径は、たとえば0.3μm、リ
ングの幅は、たとえば約0.1μmに選ぶ。なお、アハ
ラノフ・ボーム効果を制御するための静電ポテンシャル
をコントロールするゲート電極を、図に示すゲート電極
14の上方または側方に設ける。コントロール電圧は、
たとえば30mVである。
The diameter of the ring is, for example, 0.3 μm, and the width of the ring is, for example, about 0.1 μm. Note that a gate electrode for controlling electrostatic potential for controlling the Ahranoff-Bohm effect is provided above or to the side of the gate electrode 14 shown in the figure. The control voltage is
For example, it is 30mV.

【0027】このようなデバイスを利用し、アハラノフ
・ボーム効果により、発光現象を生じさせた時、その発
光波長は、たとえば約2.5μmである。なお、エンハ
ンスメントモードにより、2次元電子ガスを生じるデバ
イスを説明したが、デプレッション型デバイスを構成す
ることもできる。たとえば、リング状領域を除いて表面
全面にゲート電極を形成し、ゲート電極下では2次元電
子ガスが存在しないようにゲート電極に逆バイアス電圧
を印加する。
[0027] When such a device is used to generate a light emission phenomenon due to the Ahranoff-Bohm effect, the emission wavelength is, for example, about 2.5 μm. Note that although a device that generates two-dimensional electron gas in an enhancement mode has been described, a depletion type device can also be configured. For example, a gate electrode is formed on the entire surface except for the ring-shaped region, and a reverse bias voltage is applied to the gate electrode so that no two-dimensional electron gas exists under the gate electrode.

【0028】本実施例によれば、リング内のキャリアが
2次元電子ガスで構成され、極めて散乱の少ない平均自
由行程の長いデバイスを実現することができる。以下、
他の形態の実施例について説明する。
According to this embodiment, the carriers in the ring are composed of two-dimensional electron gas, and a device with extremely low scattering and a long mean free path can be realized. below,
Examples of other forms will be described.

【0029】図4は、2つのリングを用いた実施例を示
す。図4(A)は2つの孤立したリング21、22を含
む構成を示す。たとえば、磁束印加手段25によってリ
ング21に磁束を印加すると、リング21内のキャリア
のエネルギ準位が変化し、このキャリアのエネルギ準位
の変化が、リング22に影響を及ぼす。
FIG. 4 shows an embodiment using two rings. FIG. 4A shows a configuration including two isolated rings 21, 22. For example, when magnetic flux is applied to the ring 21 by the magnetic flux applying means 25, the energy level of carriers within the ring 21 changes, and this change in the energy level of the carriers affects the ring 22.

【0030】または、図に示すように、リング21とリ
ング22の大きさをわずかに変化させ、磁束印加手段2
5から磁束を印加する。すると、リングの寸法の差によ
りリング21とリング22とではキャリアのエネルギ準
位の変化に差が生じる。これらのエネルギ準位の変化の
差をそれぞれ信号取出手段で取り出し、比較することに
よってより高精度の信号検出が可能となる。たとえば、
磁束印加手段25が印加する磁束を測定するデバイスを
構成することができる。
Alternatively, as shown in the figure, by slightly changing the sizes of the rings 21 and 22, the magnetic flux applying means 2
Apply magnetic flux from 5. Then, due to the difference in the dimensions of the rings, a difference occurs in the change in carrier energy level between the rings 21 and 22. By extracting the differences in the changes in these energy levels by the signal extracting means and comparing them, more accurate signal detection becomes possible. for example,
A device that measures the magnetic flux applied by the magnetic flux applying means 25 can be configured.

【0031】図4(B)は、互いに電気的に接続した2
つのリングを用いた実施例を示す。リング21とリング
22は、同心円的に平行配置され、その間を導電手段2
4によって接続されている。リング21とリング22は
その面積に差が設けられている。磁束印加手段25から
このリング対21、22に磁場を印加すると、リング2
1とリング22とではその寸法が異なるため、リング内
のキャリアのエネルギ準位の変化も異なる。たとえば、
磁束を次第に増加させると、初めリング21にキャリア
が局在し、やがてリング22にキャリアが局在するよう
に変化する。このようなリング対内のキャリアの移動を
検出することにより、電子・光デバイスを構成すること
ができる。リング対内のキャリアの移動は、たとえば光
吸収、発光や一方のリングに容量結合する検出手段を用
いて行なうこともできる。その他、種々の検出方法を採
ることができる。
FIG. 4(B) shows two electrically connected
An example using two rings is shown. The ring 21 and the ring 22 are arranged concentrically in parallel, and the conductive means 2 is inserted between them.
Connected by 4. The rings 21 and 22 have different areas. When a magnetic field is applied to the ring pair 21 and 22 from the magnetic flux applying means 25, the ring 2
Since the dimensions of ring 1 and ring 22 are different, changes in the energy level of carriers within the ring are also different. for example,
When the magnetic flux is gradually increased, the carriers are first localized in the ring 21 and then the carriers are localized in the ring 22. By detecting the movement of carriers within such a ring pair, an electronic/optical device can be constructed. The movement of carriers within the ring pair can also be carried out using, for example, light absorption, light emission, or detection means that is capacitively coupled to one of the rings. In addition, various detection methods can be used.

【0032】図5は、多数のリングを用いた実施例を示
す。支持基板31表面上には、多数のリング32が配置
されている。これらの各リングは、前述の実施例同様に
機能することができる。さらに、たとえばリングによっ
て発光を生じさせる場合、多数のリングが互いに結合し
、増幅した光出力を得ることもできる。なお、孤立した
リングを多数集積化する構成を示したが、これらのリン
グの一部ないしは全部を互いに接続することもできる。
FIG. 5 shows an embodiment using multiple rings. A large number of rings 32 are arranged on the surface of the support substrate 31. Each of these rings can function similarly to the previous embodiments. Furthermore, when emitting light by means of rings, for example, a number of rings can be coupled together to obtain an amplified light output. Although a configuration in which a large number of isolated rings are integrated is shown, some or all of these rings may be connected to each other.

【0033】図6は、量子リングを形成する手段として
、いわゆる量子ドット構造を用いた例を示す。キャリア
は円盤状の領域にのみ存在することができ、いわゆる擬
零次元構造となっている。磁場を印加することにより、
ドット内のキャリアの円運動は変調を受け、エネルギ固
有値も変化する。したがって、実質的には量子リングが
形成されていると言える。この構造を用いて上にあげた
様々な応用を実現することができる。ここでは円盤状の
領域を例としてあげたが、単連結な微小領域であれば形
状は本質的ではない。
FIG. 6 shows an example in which a so-called quantum dot structure is used as a means for forming a quantum ring. Carriers can exist only in a disk-shaped region, resulting in a so-called quasi-zero-dimensional structure. By applying a magnetic field,
The circular motion of carriers within the dot is modulated, and the energy eigenvalue also changes. Therefore, it can be said that a quantum ring is essentially formed. This structure can be used to realize the various applications listed above. Although a disk-shaped region is taken as an example here, the shape is not essential as long as it is a simply connected micro region.

【0034】図7は図6とは反対にいわゆる量子アンチ
ドット構造を用いて量子リングを構成する方法を示す。 この場合キャリアは円盤状の部分以外の領域にのみ存在
できる。磁場を印加することにより、円盤の周囲を巡る
波動関数すなわち軌道は変調を受け、エネルギ準位も変
化する。したがって、量子ドットと同様の効果が得られ
る。
In contrast to FIG. 6, FIG. 7 shows a method of constructing a quantum ring using a so-called quantum antidot structure. In this case, carriers can exist only in regions other than the disk-shaped portion. By applying a magnetic field, the wave function, or trajectory, around the disk is modulated, and the energy level changes. Therefore, the same effect as quantum dots can be obtained.

【0035】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。導電性物質
で形成され、閉じたループを構成するリング内のキャリ
アのエネルギ状態を磁界あるいは電界によって変化させ
、信号として取り出すものであれば、どのようなもので
あってもよい。信号の形態も、光、電流、電圧等、種々
の形態が可能である。さらに、本発明のアハラノフ・ボ
ーム効果を用いた量子リングデバイスと、他の種類のデ
バイスを組合わせて用いることもできる。その他、種々
の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自
明であろう。
[0035] The present invention has been explained in accordance with the embodiments above, but
The present invention is not limited to these. Any device may be used as long as it is made of a conductive material and changes the energy state of carriers in a ring constituting a closed loop using a magnetic field or an electric field and extracts it as a signal. Various forms of the signal are possible, such as light, current, and voltage. Furthermore, the quantum ring device using the Ahranoff-Bohm effect of the present invention can be used in combination with other types of devices. It will be obvious to those skilled in the art that various other changes, improvements, combinations, etc. are possible.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リング内のキャリアのエネルギ状態を磁束や電界によっ
て変化させることにより、新規な種類のアハラノフ・ボ
ーム効果を利用した量子リングデバイスが提供される。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
By changing the energy state of carriers within the ring using magnetic flux or electric field, a novel type of quantum ring device utilizing the Ahranov-Bohm effect is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の基本実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a basic embodiment of the present invention.

【図2】従来の技術を示す。図2(A)は金属リングを
用いた実験を説明するための概略図、図2(B)は単結
晶半導体リングを用いた実験を説明するための断面図で
ある。
FIG. 2 shows a conventional technique. FIG. 2(A) is a schematic diagram for explaining an experiment using a metal ring, and FIG. 2(B) is a cross-sectional view for explaining an experiment using a single crystal semiconductor ring.

【図3】本発明の実施例を示す。図3(A)は断面図、
図3(B)は平面図である。
FIG. 3 shows an embodiment of the invention. FIG. 3(A) is a cross-sectional view;
FIG. 3(B) is a plan view.

【図4】2つのリングを用いた本発明の実施例を示す。 図4(A)、(B)は、それぞれ2つのリングを用いた
実施例の概略図である。
FIG. 4 shows an embodiment of the invention using two rings. FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams of embodiments using two rings, respectively.

【図5】多数のリングを用いた本発明の実施例を示す概
略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of an embodiment of the invention using multiple rings.

【図6】いわゆる量子ドット構造を用いた本発明の実施
例を示す概略斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing an embodiment of the present invention using a so-called quantum dot structure.

【図7】いわゆる量子アンチドット構造を用いた本発明
の実施例を示す概略斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an embodiment of the present invention using a so-called quantum antidot structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  リング 2  磁界印加手段 3  電界印加手段 5  信号取出手段 6  受光手段 1 Ring 2 Magnetic field application means 3 Electric field application means 5 Signal extraction means 6 Light receiving means

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  導電性物質で形成され、閉じたループ
を構成するリング(1)と、前記リングに磁界あるいは
電界を印加して、前記リング中のキャリアのエネルギ状
態を変化させる手段(2、3)と、前記キャリアのエネ
ルギ状態の変化を信号として取り出す信号取出手段(5
)とを含む量子リングデバイス。
1. A ring (1) formed of a conductive material and constituting a closed loop; and means (2) for applying a magnetic field or an electric field to the ring to change the energy state of carriers in the ring. 3), and signal extraction means (5) for extracting the change in the energy state of the carrier as a signal.
) and quantum ring devices.
【請求項2】  請求項1記載の量子リングデバイスで
あって、前記信号取出手段は発生した光を導くための導
光手段を含む量子リングデバイス。
2. The quantum ring device according to claim 1, wherein said signal extraction means includes light guiding means for guiding the generated light.
【請求項3】  請求項1ないし2記載の量子リングデ
バイスであって、さらに外部から前記リングへ光を受け
るための受光手段(6)を含む量子リングデバイス。
3. The quantum ring device according to claim 1, further comprising light receiving means (6) for receiving light from the outside to the ring.
【請求項4】  請求項1〜3のいずれかに記載の量子
リングデバイスであって、さらに前記リングと結合した
少なくとも1つの他のリングを含む量子リングデバイス
4. The quantum ring device according to claim 1, further comprising at least one other ring coupled to the ring.
【請求項5】  導電性物質で形成され、各々が閉じた
ループを構成する少なくとも2つのリング(21、22
)と、前記少なくとも2つのリングを電気的に接続する
導電性部材(24)と、前記少なくとも2つのリングの
少なくとも1つに、磁界あるいは電界を印加してリング
中のキャリアのエネルギ状態を変化させ、結合された複
数のリングにおけるキャリアの分布状態を変化させる手
段(25)とを含む量子リングデバイス。
5. At least two rings (21, 22) formed of a conductive material, each forming a closed loop.
), a conductive member (24) electrically connecting the at least two rings, and applying a magnetic field or an electric field to at least one of the at least two rings to change the energy state of the carrier in the ring. , means (25) for changing the distribution state of carriers in a plurality of coupled rings.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7465595B2 (en) 2004-11-09 2008-12-16 Fujitsu Limited Quantum device, manufacturing method of the same and controlling method of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7465595B2 (en) 2004-11-09 2008-12-16 Fujitsu Limited Quantum device, manufacturing method of the same and controlling method of the same
US7795694B2 (en) 2004-11-09 2010-09-14 Fujitsu Limited Quantum device, manufacturing method of the same and controlling method of the same

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