RU2224978C2 - Измерения с использованием туннельного тока между удлиненными проводниками - Google Patents

Измерения с использованием туннельного тока между удлиненными проводниками Download PDF

Info

Publication number
RU2224978C2
RU2224978C2 RU2001110083/28A RU2001110083A RU2224978C2 RU 2224978 C2 RU2224978 C2 RU 2224978C2 RU 2001110083/28 A RU2001110083/28 A RU 2001110083/28A RU 2001110083 A RU2001110083 A RU 2001110083A RU 2224978 C2 RU2224978 C2 RU 2224978C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conductors
arrays
paragraphs
tunneling current
quantum tunneling
Prior art date
Application number
RU2001110083/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001110083A (ru
Inventor
Марек Тадеуш МИХАЛЕВИЧ (AU)
Марек Тадеуш МИХАЛЕВИЧ
Original Assignee
Квантум Пресижен Инструментс Пти Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AUPP5702A external-priority patent/AUPP570298A0/en
Priority claimed from AUPP7709A external-priority patent/AUPP770998A0/en
Application filed by Квантум Пресижен Инструментс Пти Лтд. filed Critical Квантум Пресижен Инструментс Пти Лтд.
Publication of RU2001110083A publication Critical patent/RU2001110083A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2224978C2 publication Critical patent/RU2224978C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к точным измерениям и контролю близких относительных положений или малых смещений, например угловых расстояний смещений, вибраций, линейных расстояний или перемещений, ориентации или разориентации. Устройство для измерения и контроля относительного положения или смещения двух элементов содержит пару удлиненных электропроводников, пригодных для размещения на соответствующих элементах, и приспособления для позиционирования проводников с взаимным зазором так, чтобы при приложении разности электрических потенциалов между ними возникал квантовый туннельный ток. Предложенное решение позволяет повысить точность измерений и контроля относительных положений или смещений. 6 с. и 56 з.п.ф-лы, 6 ил.

Description

Область изобретения
Изобретение относится к точным измерениям и контролю близких относительных положений или малых смещений, например поворотов или угловых расстояний или смещений, вибраций, линейных расстояний или перемещений, ориентации или разориентации. Особенно, но не исключительно, интерес представляет измерение углов.
Предпосылки изобретения
Известные приборы для прецизионных измерений углов - это автоколлиматоры, дифракционные и редукционные системы. В автоколлиматорах измеряется угловое отклонение для последующего определения, например, прямолинейности, гладкости, прямоугольности и параллельности. В современных видах применяются источники света на лазерных диодах и делители пучка, и на окуляре оптической системы имеется микрометр для точного измерения углового смещения. Типичная точность составляет 0.2 угловой секунды при диапазоне измерений 160 угловых секунд.
В известном приборе типа гониометра пара радиальных решеток согласованно поворачивается с постоянной скоростью и сканируется парой считывающих головок. Одна из головок неподвижна, а другая перемещается по измеряемому углу. Относительный сдвиг фаз между двумя результирующими сигналами является показателем поворота подвижной считывающей головки относительно неподвижной. Достижимая точность составляет 0.1 угловой секунды.
Эти прототипы относительно дороги и обычно имеют довольно большие габариты. Часто они составляют ключевую часть другого научного прибора, такого как дифрактометр, в котором точность измерения угла определяет разрешение и качество прибора.
Точности угловых измерений посвящена работа Zhang et al. "Improving the Accuracy of Angle Measurement System with Optical Grating", Annals of the CIRP Vol.43, 1 (1994). В работе предлагается использовать поглощающие решетки с синусоидальной функцией пропускания и другие усовершенствования и сообщается о точности в 0.2 угловой секунды на приборе-прототипе.
Целью данного изобретения является повышение точности прецизионных измерений и контроля относительных положений или смещений, будь то угловые, линейные или иные, которая преимущественно лучше, чем достигнутая в известных устройствах и способах.
Краткое описание изобретения
В изобретении предлагается подход, совершенно отличный от предыдущих, и заявляется мониторинг за квантовым туннельным током между двумя близко расположенными электропроводниками, преимущественно наноразмерными. В предпочтительном варианте могут использоваться два массива ориентированных проводников, которыми предпочтительно могут служить углеродные нанотрубки.
В изобретении, соответственно, предлагается, во-первых, способ измерения и/или контроля относительного положения или перемещения двух элементов, состоящий в:
оснащении элементов протяженными электропроводниками;
размещении проводников преимущественно ориентированно с взаимным зазором и приложении разности электрических потенциалов, такой, чтобы имелся измеримый квантовый туннельный ток между проводниками; и
детектировании и/или измерении указанного квантового туннельного тока.
Предпочтительно, чтобы относительное положение проводников было выставлено таким, чтобы детектировался максимальный квантовый туннельный ток.
Во-вторых, в изобретении предлагается устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов. Устройство состоит из пары протяженных электропроводников, пригодных для размещения на соответствующих элементах, и приспособления для придания проводникам ориентированного взаимно параллельного положения с таким взаимным зазором, что при приложении разности электрических потенциалов между ними может возникать детектируемый квантовый туннельный ток.
Устройство может дополнительно включать в себя приспособление для подачи указанной разности потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения квантового туннельного тока между проводниками.
Преимущественно устройство дополнительно содержит приспособление для регулировки относительного положения проводников, чтобы определить положение, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
Под положением или смещением понимается один или более поворотов или угловых расстояний, или смещений, вибрация, линейное удаление или перемещение, ориентация или разориентация.
Электропроводники преимущественно имеют толщину 1 мкм или менее, например, в одном или более вариантах толщина находится в диапазоне от наноразмерного до субмикронного. В последнем случае проводниками могут служить углеродные нанотрубки произвольной спиральности или радиуса, одно- или многостенные углеродные волокна или нанопроволоки. В ином случае проводниками могут быть, например, микронные или субмикронные квазиодномерные проводники. В некоторых вариантах проводники могут иметь длину 1 мм или менее.
Проводники могут быть связаны с вышеуказанными элементами посредством монтажа в или на изолирующей или полупроводниковой подложке, предпочтительно заподлицо с поверхностью подложки. Подложкой может быть, например, грань твердого тела или кристалла. Проводники могут быть размещены вдоль атомных ступенек на вицинальной поверхности.
Предпочтительно, чтобы электропроводники составляли упорядоченные решетки или массивы электропроводящих сегментов, соединенных преимущественно параллельно, например, единой токоведущей шиной, причем решетки или массивы являлись встречными и накладывались одна на другую так, чтобы проводящие сегменты располагались достаточно близко для получения детектируемого квантового туннельного тока.
Краткое описание чертежей
Теперь изобретение будет описано детальнее исключительно в примерах соответственно сопроводительным чертежам, среди которых:
фиг. 1 есть частное поперечное сечение первого варианта наноразмерного устройства по настоящему изобретению с проводниками, в основном, ориентированными, и электрическими соединениями, обозначенными схематически;
фиг. 2 показывает модификацию варианта по фиг.1, в которой проводники, в общем, перпендикулярны;
фиг. 3 аналогична фиг.1 для варианта, в котором используются проводники из множественных нанотрубок;
фиг.4 аналогична фиг.2 для модификации варианта, изображенного на фиг.3;
фиг. 5 представляет измененный вариант по фиг. 3, устроенный особым образом; и
фиг. 6 показывает вид, аналогичный фиг.1 и 3, более детального варианта изобретения, в котором использован протравленный проводящий поверхностный слой и пленка, нанесенная по методу Лэнгмюр-Блоджетт.
В варианте по фиг. 1 соответствующие наноразмерные протяженные электропроводящие проволочки 10, 11 с толщиной в диапазоне от наноразмерного до субмикронного вставлены заподлицо в соответствующие подложки 12, 13 из изолирующего вещества. В данном случае проволочки размещены в существенно ориентированном параллельном положении с зазором 18 между ними в интервале 0,2-5,0 нм так, что при приложении разности электрических потенциалов от источника напряжения 26 между проводниками имеется квантовый туннельный ток 100, достаточный для детектирования подходящей детектирующей схемой 27.
Подходящим методом для изготовления этого варианта является электронно-лучевая нанолитография, посредством которой на полупроводниковой подложке может быть сформирована ориентированная проводящая проволочка. Описание можно найти, например, в Wilkinson et al. "Electron Beam Nanolithography" в одной из статей главы "The Physics and Fabrication of Microstructures and Microdevices" (Kelly & Weisbuch, Spring-Verlag, 1986), где описывается и иллюстрируется набор параллельных проводящих проволок GaAs на полуизолирующей подложке. При практическом применении устройства подложки или пластины 12, 13 связаны или спарены с соответствующими элементами, чье смещение или положение необходимо измерить или контролировать.
Вообще говоря, туннельный ток 100 пропорционален произведению локальных плотностей состояний в паре примыкающих электродов (т.е. проводников) или, другими словами, сумме квадратов матричных элементов туннелирования между состояниями в обоих электродах. Он также является чувствительной функцией потенциала туннелирования и кривизны электрода. Кроме того, квантовый туннельный ток критическим образом зависит от расстояния между проводниками, так как квантовая волновая функция спадает экспоненциально извне поверхности проводника и детектируемый ток будет функцией относительного угла между парой перекрещивающихся нанотрубок. В изобретении используется преимущество вышеупомянутой экспоненциальности и угловой зависимости в том, что детектируемое значение туннельного тока 100 будет резко изменяться, когда встречные сегменты продольной поверхности проводников расходятся при увеличении вращательной и/или продольной разориентации или наоборот.
В частности, подходящие волновые функции Шредингера для зазора 18 найдены в Kiejna & Wojciechowski "Metal Surface Electron Physics", Pergamon (1996). Из анализа волновых функций можно показать, что квантовый туннельный ток критическим образом зависит от расстояния между проводниками, потому что квантовая волновая функция экспоненциально спадает извне поверхности проводника, и детектируемый ток будет также функцией относительного угла между парой перекрещивающихся нанопроводников.
Наиболее подходящим зазором 18 между ориентированными встречными сегментами поверхности проводников полагается 0,2-5,0 нм, предпочтительно 0,2-2,0 нм.
Сегменты проводников могут быть любой длины, при которой их можно практически разместить и сориентировать на подложке, а также иметь присоединенными подводящие контактные провода, например, длиной в диапазоне от 1 мкм до 10-2 м.
Зазор 18 может быть вакуумным или заполненным подходящей средой. Пригодным приспособлением для точного поддержания зазора 18 являются фуллереновые (С60) наноопоры 20, 22 или разделительная пленка из органического вещества, предпочтительно органической смазки, например циклогексана (детально описывается ниже). Последний полагается особенно эффективным средством для точного поддержания параллельности тонкого зазора.
Приспособление для ориентации может содержать пьезоэлектрические подвижки известного типа, пригодные для юстировки на наноразмерном уровне.
Вышеупомянутый эффект еще более усиливается, если проводники являются цилиндрическими, как углеродные нанотрубки. В случае решеток или массивов, если проводящие сегменты соединены параллельно будет иметь место эффект усиления и это облегчит измерение тока. Однако, если линии подключены независимо, решетки, формирующие сэндвич, могут работать как двумерные массивы точечных "конденсаторов", которые можно включать и выключать независимо, формируя ячеистый массив туннельных колодцев.
Туннельный ток 100 будет обнаруживать минимумы в одном или более положениях в зависимости от геометрического коэффициента (отношения длины к интервалу между проводящими сегментами) и максимумы, если проводящие сегменты двух решеток/массивов точно ориентированы.
На фиг. 3 показан другой вариант, в котором электропроводниками служат многочисленные параллельные нанотрубки 10а, 10b, 10с, 11а, 11b, 11с, осажденные на подложки 12', 13' из изолирующего вещества.
Способы приготовления набора ориентированных нанотрубок на подложке описаны, например, в Chauvet et al., Physical Review В, 52, 52 (1995); de Heer et al. , Science 268, 845 (1995) and Kiang et al., Carbon 33, 903-914 (1995).
Свойства одностенных нанотрубок описываются, например, в Iijima, Nature 354, 56-58 (1991) and Iijima et al. Nature 363, 603-605 (1993). Описание углеродных нанотрубок различного типа приведено также в Ostling et al., Physical Review В, 55, 55 (1997).
Особым способом изготовления решетки параллельных проводящих сегментов, пригодным для настоящего изобретения, является эпитаксиальное осаждение нанотрубок или других наноразмерных проводников на атомных ступеньках вицинальной поверхности, полученной срезанием кристалла под некоторым углом к базовой плоскости. Интервал между проводящими сегментами может быть регулярным или нерегулярным, но преимущественно является параллельным. На фиг.5 показана модификация варианта по фиг. 3, в которой нанотрубки осаждены этим способом на последовательных атомных ступеньках 14, 15 ступенчатой вицинальной поверхности.
Фиг. 2 и 4 иллюстрируют варианты, в которых массивы проводников микронного, субмикронного или наноразмерного порядка, не являющихся нанотрубками, устроены так, что проводники 210 одного массива в или на подложке 212 расположены преимущественно под прямыми углами к проводникам 211 другого массива в или на подложке 213. Вместо перпендикулярного угловое расположение может иметь некоторый иной угол, например, для формирования двумерной решетки алмазного или ромбоидального типа. В одном из практических воплощений такой конструкции преимущественно с большим количеством проводящих дорожек набор точек пересечения 250 образует искусственную рассеивающую решетку, способную рассеивать пучок атомов, направленный параллельно слоистой структуре в промежуток 218 между массивами проводников. Если каждая дорожка имеет независимое электрическое подключение, т.е. электрическое соединение не параллельно, образуется пространственно ячеистый массив, который является аналогом двумерной игры "шарик между штырьками" для атомов между заданными рассеивающими центрами.
В одной из модификаций рассеивающей решетки она может дополнительно содержать массив магнитных элементов, образующих решетку и создающих одномерные домены в или между точками пересечения.
На фиг. 6 показан еще один вариант, в котором каждая подложка 312, 313 является атомно-гладкой свежесколотой слюдой, а проводники 310, 311 сформированы травлением поверхностной пленки 330, 331 золота с последующим заполнением щелевидных канавок молекулярным монослоем посредством процесса Ленгмюр-Блоджетт. Два массива могут быть отделены, как и прежде, циклогексаном или другой подходящей органической смазывающей пленкой 318, поддерживаемой термоусаживающейся оболочкой 340.
Проиллюстрированные устройства являются эффективными электромеханическими наноприборами. С другой стороны, они могут применяться для измерения углов, углов поворота, угловой скорости и ориентации или разориентации на микроскопическом и макроскопическом уровне. Угловая скорость может быть измерена, например, посредством подсчета числа максимумов тока в единицу времени. Полагается, что точность имеет порядок 0.01 угловой секунды в рабочем угловом диапазоне 20o или около того.
С другой стороны, описанные устройства могут быть использованы для измерения или контроля относительного положения или линейного перемещения. Если одна из подложек в вариантах по фиг.3, 5 и 6 перемещается относительно другой, будет наблюдаться серия очень острых пиков туннельного тока 100. Расстояние, пройденное в поперечном направлении, будет определяться числом наблюдаемых пиков, умноженным на интервал между соседними проводниками; разрешение будет порядка ширины проводников, т.е. около 20 нм при ныне доступной нанолитографии и около 1,0-3,0 нм при использовании нанотрубок.
При контроле или измерении вибрации, например, в сейсмографе вклад будут давать эффекты как вращения, так и линейного перемещения.

Claims (65)

1. Устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, состоящее из пары протяженных электропроводников, пригодных для размещения на соответствующих элементах, и приспособления для позиционирования проводников со взаимным зазором и регулируемым относительным углом между ними так, чтобы при приложении разности электрических потенциалов между указанными проводниками возникал детектируемый квантовый туннельный ток, являющийся функцией указанного относительного угла.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для юстировки относительного положения проводников в такое, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для юстировки содержит одну или более пьезоэлектрических подвижек.
4. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники выставлены в значительной степени в параллельное положение, причем упомянутый относительный угол является мерой разворота между проводниками.
5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники упорядочены в соответствующие решетки или массивы электропроводящих сегментов, а решетки или массивы являются встречными и наложены так, чтобы проводящие сегменты находились достаточно близко для получения детектируемого квантового туннельного тока.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой упомянутой решетки или массива в существенной степени параллельны, но выставлены под упомянутым относительным углом к проводящим сегментам другой решетки (решеток) или массива (массивов).
7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой решетки или массива имеют параллельное электрическое соединение.
8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники имеют размеры порядка от микрона до нанометра.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат углеродные нанотрубки, или нанопроволоки, или микронные или субмикронные квазиодномерные проводники.
10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутые проводники связаны с вышеупомянутыми элементами, будучи встроенными в или на соответствующих изолирующих или полупроводящих подложках.
11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что упомянутые проводники встроены в соответствующие подложки заподлицо.
12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каждый упомянутый электропроводник размещен вдоль соответствующей атомной ступеньки на вицинальной поверхности, являющейся подложкой.
13. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат соответствующие сегменты цельного проводящего слоя на изолирующей или полупроводящей подложке.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что упомянутые сегменты разделены и/или покрыты мембраной или пленкой из изолирующего вещества.
15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутый зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-5,0 нм.
16. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутый зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-2,0 нм.
17. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутыми проводниками являются один или более проводящих сегментов длиной от 10-6 до 10-2 м.
18. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым взаимным зазором содержит разделительную пленку и приспособление для удержания указанной пленки.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что упомянутой разделительной пленкой служит пленка органического вещества, например органического растворителя.
20. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутым приспособлением для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым зазором служат опоры из нанотрубок или фуллеренов.
21. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутым положением и/или смещением является один или более поворотов или угловых смещений, вибрация, линейное расстояние или перемещение, ориентация или разориентация.
22. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанные протяженные электропроводники собраны в соответствующие упорядоченные решетки или массивы электропроводящих сегментов, причем точки пересечения соответствующих массивов образуют решетку рассеивающих электростатических колодцев.
23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что упомянутая решетка дополнительно содержит массив магнитных элементов, образующих решетку и создающих одномерные домены в или между упомянутыми точками пересечения.
24. Устройство по любому из пп.1-23, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для подачи упомянутой разности электрических потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения упомянутого квантового туннельного тока между проводниками.
25. Способ измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, включающий оснащение элементов соответствующими протяженными электропроводниками; размещение проводников со взаимным зазором и изменяемым относительным углом между ними и приложение к проводникам разности электрических потенциалов, такой, чтобы между проводниками имелся детектируемый квантовый туннельный ток, который является функцией упомянутого относительного угла, и детектирование и/или измерение упомянутого квантового туннельного тока.
26. Способ по п.25, отличающийся тем, что дополнительно включает юстировку относительных положений проводников для определения одного или более положений, в которых детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
27. Устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, содержащее соответствующие упорядоченные решетки или массивы протяженных электропроводящих сегментов, пригодные для размещения на соответствующих элементах, и приспособление для установки решеток или массивов во встречное наложенное положение со взаимным зазором, чтобы проводящие сегменты находились достаточно близко для возникновения детектируемого квантового туннельного тока между решетками или массивами при приложении разности электрических потенциалов между решетками или массивами.
28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для юстировки относительных положений решеток или массивов, чтобы определить такое положение, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
29. Устройство по п.27 или 28, отличающееся тем, что указанное приспособление для юстировки содержит одну или более пьезоэлектрических подвижек.
30. Устройство по пп.27, 28 или 29, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой упомянутой решетки или массива в основном параллельны, но выставлены под некоторым углом к проводящим сегментам другой решетки (решеток) или массива (массивов).
31. Устройство по любому из пп.27-30, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой решетки или массива имеют параллельное электрическое соединение.
32. Устройство по любому из пп.27-31, отличающееся тем, что указанные протяженные электропроводящие сегменты имеют размеры порядка микрона или нанометра.
33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что указанными протяженными электропроводящими сегментами служат углеродные нанотрубки, или нанопроволоки, или микронные или субмикронные квазиодномерные проводники.
34. Устройство по любому из пп.27-33, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для установки упомянутых решеток или массивов со взаимным зазором содержит разделительную пленку и приспособление для ее удержания.
35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что упомянутой разделительной пленкой служит пленка органического вещества, например органического растворителя.
36. Устройство по любому из пп.27-35, отличающееся тем, что упомянутым приспособлением для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым зазором служат опоры из нанотрубок или фуллеренов.
37. Устройство по любому из пп.27-36, отличающееся тем, что упомянутым измеряемым и/или контролируемым положением и/или смещением является один или более поворотов или угловых смещений, вибрация, линейное расстояние или перемещение, ориентация и разориентация.
38. Устройство по любому из пп.27-37, отличающееся тем, что точки пересечения соответствующих массивов формируют решетку рассеивающих электростатических колодцев.
39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что упомянутая решетка дополнительно содержит массив магнитных элементов, образующих решетку и создающих одномерные домены в или между упомянутыми точками пересечения.
40. Устройство по любому из пп.27-39, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для подачи упомянутой разности электрических потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения упомянутого квантового туннельного тока между упомянутыми решетками или массивами.
41. Устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, содержащее соответствующие упорядоченные массивы параллельных протяженных электропроводников, пригодные для размещения на соответствующих элементах, и приспособление для установки массивов со взаимным зазором так, чтобы электропроводники в массивах находились в существенно взаимно параллельном положении, чтобы в детектируемом квантовом туннельном токе, возникшем между проводниками при приложении к ним разности электрических потенциалов, при изменении относительного положения упомянутых элементов в латеральном направлении относительно упомянутых проводников появлялась серия пиков, служащая мерой упомянутого относительного положения или смещения.
42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для юстировки относительных положений проводников, чтобы определить такое положение, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
43. Устройство по п.42, отличающееся тем, что указанное приспособление для юстировки содержит одну или более пьезоэлектрических подвижек.
44. Устройство по пп.41, 42 или 43, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники имеют размеры порядка микрона или нанометра.
45. Устройство по п.44, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат углеродные нанотрубки, или нанопроволоки, или микронные или субмикронные квазиодномерные проводники.
46. Устройство по любому из пп.41-45, отличающееся тем, что указанные проводники связаны с вышеупомянутыми элементами, будучи встроенными в или на изолирующих или полупроводящих подложках.
47. Устройство по п.46, отличающееся тем, что упомянутые проводники встроены в соответствующие подложки заподлицо.
48. Устройство по любому из пп.41-47, отличающееся тем, что каждый упомянутый электропроводник размещен вдоль соответствующей атомной ступеньки на вицинальной поверхности, являющейся подложкой.
49. Устройство по любому из пп.41-48, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат сегменты цельного проводящего слоя на изолирующей или полупроводящей подложке.
50. Устройство по п.49, отличающееся тем, что упомянутые сегменты разделены и/или покрыты мембраной или пленкой из изолирующего вещества.
51. Устройство по любому из пп.41-50, отличающееся тем, что упомянутый взаимный зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-5,0 нм.
52. Устройство по любому из пп.41-51, отличающееся тем, что упомянутый взаимный зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-2,0 нм.
53. Устройство по любому из пп.41-52, отличающееся тем, что упомянутыми проводниками являются один или более проводящих сегментов длиной от 10-6 до 10-2 м.
54. Устройство по любому из пп.41-53, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым взаимным зазором содержит разделительную пленку и приспособление для удержания указанной пленки.
55. Устройство по п.54, отличающееся тем, что упомянутой разделительной пленкой служит пленка органического вещества, например органического растворителя.
56. Устройство по любому из пп.41-55, отличающееся тем, что упомянутым приспособлением для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым взаимным зазором служат опоры из нанотрубок или фуллеренов.
57. Устройство по любому из пп.41-56, отличающееся тем, что упомянутым измеряемым и/или контролируемым положением и/или смещением является один или более поворотов или угловых смещений, вибрация, линейное расстояние или перемещение, ориентация или разориентация.
58. Устройство по любому из пп.41-57, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для подачи упомянутой разности электрических потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения квантового туннельного тока между упомянутыми проводниками.
59. Способ измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, заключающийся в оснащении элементов соответствующими упорядоченными решетками или массивами протяженных электропроводящих сегментов; приведении решеток или массивов во встречное наложенное положение со взаимным зазором, чтобы проводящие сегменты находились достаточно близко для возникновения детектируемого квантового туннельного тока между решетками или массивами при приложении разности электрических потенциалов между решетками или массивами, и детектировании и/или измерении упомянутого квантового туннельного тока.
60. Способ по п.59, отличающийся тем, что дополнительно включает юстировку относительных положений решеток или массивов, чтобы определить одно или более положений, при которых детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
61. Способ измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, заключающийся в оснащении элементов соответствующими упорядоченными массивами параллельных продолговатых электропроводников; размещении массивов со взаимным зазором так, чтобы электропроводники в массивах выстраивались в существенной степени во взаимно параллельное положение, и приложении к проводникам разности электрических потенциалов, чтобы между проводниками возникал детектируемый квантовый туннельный ток, обнаруживающий серию пиков, которые служат мерой упомянутого относительного положения или смещения, и детектировании и/или измерении упомянутого квантового туннельного тока.
62. Способ по п.24, отличающийся тем, что дополнительно включает юстировку относительного положения массивов для определения одного или более положений, в которых детектируется максимальный квантовый туннельный ток.
Приоритет по пунктам:
07.09.1998 по пп.1, 2, 4-12, 15, 21, 24-28, 30-33, 37, 40-42, 44-48, 51, 57-62;
14.12.1998 по пп.3, 16, 17, 29, 43, 52, 53;
07.09.1999 по пп.13, 14, 18-20, 22, 23, 34-36, 38. 39, 49, 50, 54-56.
RU2001110083/28A 1998-09-07 1999-09-07 Измерения с использованием туннельного тока между удлиненными проводниками RU2224978C2 (ru)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AUPP5702A AUPP570298A0 (en) 1998-09-07 1998-09-07 Device for measuring angles, angles of rotation, rotational velocity and alignment at microscopic and macroscopic level
AUPP5702 1998-09-07
AUPP7709 1998-12-14
AUPP7709A AUPP770998A0 (en) 1998-12-14 1998-12-14 Measurement of fine angles
AUPCT/AU99/00733 1999-09-07
PCT/AU1999/000733 WO2000014476A1 (en) 1998-09-07 1999-09-07 Measurements using tunnelling current between elongate conductors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001110083A RU2001110083A (ru) 2003-05-20
RU2224978C2 true RU2224978C2 (ru) 2004-02-27

Family

ID=25645861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001110083/28A RU2224978C2 (ru) 1998-09-07 1999-09-07 Измерения с использованием туннельного тока между удлиненными проводниками

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6707308B1 (ru)
EP (1) EP1135665B1 (ru)
JP (2) JP2002524725A (ru)
KR (1) KR20010073134A (ru)
CN (2) CN1249398C (ru)
AT (1) ATE473942T1 (ru)
BR (1) BR9913502A (ru)
CA (1) CA2343261C (ru)
DE (1) DE69942585D1 (ru)
IL (2) IL141890A0 (ru)
RU (1) RU2224978C2 (ru)
WO (1) WO2000014476A1 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1135665B1 (en) * 1998-09-07 2010-07-14 Quantrum Precision Instruments Asia Pte Ltd Measurements using tunnelling current between elongate conductors
JP3522261B2 (ja) * 2002-04-18 2004-04-26 日本電気株式会社 ナノチューブ、近接場光検出装置および近接場光検出方法
JP3969228B2 (ja) * 2002-07-19 2007-09-05 松下電工株式会社 機械的変形量検出センサ及びそれを用いた加速度センサ、圧力センサ
JP2006521212A (ja) * 2003-01-23 2006-09-21 ウィリアム・マーシュ・ライス・ユニバーシティ スマート材料：ナノチューブ検知システム、ナノチューブ検知複合材料、およびナノチューブ検知デバイスによる歪みの検知と応力の測定
AU2003901914A0 (en) * 2003-04-22 2003-05-08 Quantum Precision Instruments Pty Ltd Quantum tunnelling transducer device
JP2008513813A (ja) 2004-09-14 2008-05-01 クァンタム プレシジョン インストゥルメンツ アジア ピーティーイー リミテッド 粒子光学及び導波路装置
DE102006004922B4 (de) * 2006-02-01 2008-04-30 Nanoscale Systems Nanoss Gmbh Miniaturisiertes Federelement und Verfahren zu dessen Herstellung, Balkensonde, Rasterkraftmikroskop sowie Verfahren zu dessen Betrieb
US8544324B2 (en) 2007-08-24 2013-10-01 Pilsne Research Co., L.L.C. Quantum tunnelling sensor device and method
US8091437B2 (en) * 2008-05-05 2012-01-10 John Stumpf Transducer matrix film
US8381601B2 (en) * 2008-05-05 2013-02-26 John F. Stumpf Transducer matrix film
CN101776434B (zh) * 2010-03-10 2011-12-14 南开大学 基于隧道电流反馈瞄准的小盲孔测量方法及测量装置
EP2948968B1 (en) 2013-01-28 2018-03-28 Massachusetts Institute of Technology Electromechanical device
CN105891547A (zh) * 2014-09-18 2016-08-24 扬州思必得仪器设备有限公司 一种隧穿纤维
IT202100027005A1 (it) 2021-10-21 2023-04-21 Milano Politecnico Supporto antivibrazione con sensore integrato e sistema di monitoraggio di sollecitazioni meccaniche comprendente detto supporto

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0262253A1 (en) 1986-10-03 1988-04-06 International Business Machines Corporation Micromechanical atomic force sensor head
DE3854173T2 (de) * 1987-08-25 1995-11-30 Canon Kk Codiereinrichtung.
JPS6486002A (en) * 1987-09-29 1989-03-30 Fujitsu Ltd Fine displacement meter
US5210714A (en) * 1988-10-14 1993-05-11 International Business Machines Corporation Distance-controlled tunneling transducer and direct access storage unit employing the transducer
JP2996748B2 (ja) * 1990-02-09 2000-01-11 キヤノン株式会社 位置ずれ検出装置および方法
US5216631A (en) * 1990-11-02 1993-06-01 Sliwa Jr John W Microvibratory memory device
US5418771A (en) 1993-02-25 1995-05-23 Canon Kabushiki Kaisha Information processing apparatus provided with surface aligning mechanism between probe head substrate and recording medium substrate
US5432356A (en) * 1993-04-02 1995-07-11 Fujitsu Limited Semiconductor heterojunction floating layer memory device and method for storing information in the same
US6021065A (en) * 1996-09-06 2000-02-01 Nonvolatile Electronics Incorporated Spin dependent tunneling memory
JPH07118270B2 (ja) * 1993-10-25 1995-12-18 日本電気株式会社 カーボンナノチューブトランジスタ
US5679888A (en) 1994-10-05 1997-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dynamic quantity sensor and method for producing the same, distortion resistance element and method for producing the same, and angular velocity sensor
GB9426363D0 (en) * 1994-12-29 1995-03-01 Lynxvale Ltd A micromechanical accelerometer
US5703382A (en) * 1995-11-20 1997-12-30 Xerox Corporation Array having multiple channel structures with continuously doped interchannel regions
US5751156A (en) * 1995-06-07 1998-05-12 Yale University Mechanically controllable break transducer
US5756895A (en) 1995-09-01 1998-05-26 Hughes Aircraft Company Tunneling-based rate gyros with simple drive and sense axis coupling
GB9524241D0 (en) * 1995-11-28 1996-01-31 Smiths Industries Plc Rate sensors
JPH10321482A (ja) * 1997-05-22 1998-12-04 Casio Comput Co Ltd 電気二重層コンデンサ
EP1135665B1 (en) * 1998-09-07 2010-07-14 Quantrum Precision Instruments Asia Pte Ltd Measurements using tunnelling current between elongate conductors

Also Published As

Publication number Publication date
CN1673665A (zh) 2005-09-28
IL141890A0 (en) 2002-03-10
KR20010073134A (ko) 2001-07-31
JP4757937B2 (ja) 2011-08-24
US6707308B1 (en) 2004-03-16
JP2010060562A (ja) 2010-03-18
CN100437017C (zh) 2008-11-26
CN1249398C (zh) 2006-04-05
IL141890A (en) 2006-08-20
CN1317083A (zh) 2001-10-10
WO2000014476A1 (en) 2000-03-16
EP1135665A4 (en) 2002-06-19
JP2002524725A (ja) 2002-08-06
EP1135665B1 (en) 2010-07-14
DE69942585D1 (de) 2010-08-26
BR9913502A (pt) 2001-12-04
CA2343261A1 (en) 2000-03-16
CA2343261C (en) 2007-11-27
ATE473942T1 (de) 2010-07-15
EP1135665A1 (en) 2001-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4757937B2 (ja) 延在する導電体間のトンネル電流を用いた測定
TWI284195B (en) Capacitance-based position sensor
US5948972A (en) Dual stage instrument for scanning a specimen
Minne et al. Bringing scanning probe microscopy up to speed
KR20090038862A (ko) 막두께 측정장치
KR20110039301A (ko) 전기적 특성 테스트용 다점 탐침 및 다점 탐침 제조 방법
US9274138B2 (en) High throughput scanning probe microscopy device
RU2001110083A (ru) Измерения с использованием туннельного тока между удлиненными проводниками
JP2775464B2 (ja) 位置検出装置
JPH04369418A (ja) カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置
JP4190582B2 (ja) 原子間測定技術
US8033091B2 (en) Quantum tunnelling transducer device
AU762017B2 (en) Measurements using tunnelling current between elongate conductors
KR20070010174A (ko) 재료의 가로 특성화 장치 및 방법
ZA200101914B (en) Measurements using tunnelling current between elongate conductors.
US9766066B2 (en) Position sensing apparatus
JP2001183282A (ja) 走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検出方法
JPH07110969A (ja) 面合わせ方法，位置制御機構および該機構を有する情報処理装置
JP2686651B2 (ja) 変位量検出装置
JPH04115103A (ja) カンチレバー型プローブ及び該プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡、精密位置決め装置、情報処理装置
RU2244254C2 (ru) Тестовая структура для градуировки сканирующего зондового микроскопа
JPH04223203A (ja) カンチレバー型プローブ、これを用いた情報処理装置及び情報処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20061010

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20061226

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110908