WO2018185306A1 - Graphit-supraleiter und dessen anwendung - Google Patents

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WO2018185306A1
WO2018185306A1 PCT/EP2018/058899 EP2018058899W WO2018185306A1 WO 2018185306 A1 WO2018185306 A1 WO 2018185306A1 EP 2018058899 W EP2018058899 W EP 2018058899W WO 2018185306 A1 WO2018185306 A1 WO 2018185306A1
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graphite
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gbi
superconducting
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Bernd Burchard
Pablo D. ESQUINAZI
Jan Meijer
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Universität Leipzig
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Definitions

  • the present patent application takes over the priorities of German patent applications 10 2017 004 103.2 of 7 April 2017, 10 2017 107 597.6 of 7 April 2017, 10 2017 004 141.5 of 24 April 2017, 10 2017 109 759.7 of 7 May 2017, 10 2017 111 577.3 of 28 May 2017, 10 2017 129 365.5 of 10 December 2017 and 10 2017 129 364.7 of 10 December 2017, the contents of which are hereby incorporated by reference into the subject of the present patent application.
  • Graphene can be described as a polycyclic aromatic hydrocarbon "the honeycomb grid must have others Depending on its size, however, the properties of graphene hardly change.
  • the Mer- min-Wagner theorem and its variants infinitely extended and everywhere flat strictly two-dimensional structures are not possible because they are demonstrably thermodynamically unstable.
  • U.S. Patent No. 8,247,060 discloses in column 3, lines 63 to 66 US Pat. No. 8,247,060 B2, that the effect described in US Pat. No. 8,247,060 is based on the diamagnetism of the graphite in a painted crystal structure ur of graphite occurs.
  • a superconducting actuator is known from YK Kim et al., "Fabrication and Testing of a Micro Superconducting Actuator using the Meissner Effect” IEEE Proceedings on Micro Electro Mechanical Systems, An Investigation of Microstructures, Sensors, Actuators, Machines and Robots. Feb. 14, 1990, Napa Valley, CA, USA. From A. Gonzalez-Parada et al., "Application of HTS BSCCO Tapes in an Inheroid Axial Flux Superconductor Motor” I EEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 22, No. 3, June 2012, is an electric motor with superconducting subcomponents known.
  • the invention has for its object to provide a device having at least one preferably at room temperature superconducting part structure (GG).
  • a method for producing such a device and a suitable material for manufacturing the superconducting substructure (GG) should be specified.
  • the invention accordingly makes provision to use as a superconducting component of a component for electrical and / or optical and / or magnetic and / or electronic applications a graphite substrate which has at least one boundary region with at least one boundary region, the boundary region being superconducting is.
  • the boundary region is defined as the transition of a first layer of the graphite substrate to a second layer, wherein these two layers differ by the stacking sequences of graphene layers.
  • two graphite substrate layers are different, if they have different crystal structures or staggered crystal structures, which may be the same or different per layer.
  • a boundary region forms between the two layers, within which there exists at least one boundary region which may have superconducting properties.
  • Graphite materials having such a constellation typically must be selected from natural or engineered graphite, as will be described below.
  • Superconducting is a boundary region within the boundary region when it is detected by a MFM (Magnetic Force Microscopy) that once inductively impressed Electricity over a long period of time (typically at least 1 day, better two or more weeks) remains constant, including in Stiller, Markus; Esquinazi, P .; Precker, Christian; Barzola-Quiquia, Jose.
  • MFM Magnetic Force Microscopy
  • the method of detecting the maintenance of a circulating current described in the aforementioned paper can be regarded as a method with which the superconducting properties in the graphite-based structure, such as According to the invention, can be detected.
  • the current density of 0 ampere / m 2 and a magnetic flux density of 0 Tesla and at a transition temperature higher is -195 ° C, in particular higher than -100 ° C, preferably higher than -50 ° C and especially higher than about 85 ° C (namely 360 K), adjust superconducting properties.
  • a reduction of the critical temperature T c typically occurs.
  • a critical temperature of 85 ° C. indicates that superconductivity is below this temperature, ie, for example, at 50 ° C., 40 ° C. and also, for example, at 20 ° C.
  • an electrical and / or magnetic and / or electromagnetic signal is coupled into the superconducting boundary region, which is coupled in at a frequency greater than 0 hertz or else at a frequency of 0 hertz.
  • the signal may thus be a DC signal or an AC signal or a superimposition of such signals.
  • the boundary region in which a superconducting boundary region is formed arises, for example, in the transition region between a first layer of graphite with Bernal crystal structure (so-called graphite 2H) and a second layer of graphite with rhombohedral crystal structure (so-called graphite 3R).
  • a superconducting boundary region may also be an "impurity" within a graphite crystal structure.
  • such a border region may occur when one or more graphene layers of an otherwise regular graphite crystal structure in the form of the stacking sequence of the graphene layers of the graphite crystal are staggered so that the regularity of the stacking sequence of the graphene layers of the graphite crystal is disturbed.
  • border region has several border regions, these can be understood as granular superconductors. Possibly. can with sufficiently small distance of the several border regions.
  • Border areas these be coupled by Josephson fields. This may mean that superconductivity still exists at higher magnetic flux densities, but the coupling between The superconducting "grains," that is, the border areas, could be destroyed by a critical Josephson field, thus modifying the critical flux density, thus limiting the limits of magnetic flux density to a single boundary region.
  • the substrate has a plurality of first and / or a plurality of second layers, so that the substrate has a plurality of boundary regions and, within these boundary regions, one or more boundary regions with superconducting properties.
  • the first and second graphite layers are aligned parallel to each other. Incidentally, this also applies to the graphene layers of these layers. In the border area, the graphene layers also run parallel. According to a development of the invention, it is possible for the graphene layers, which form the transition region or the boundary region, to be twisted against one another, specifically around their surface normals.
  • Each graphene layer has a base vector that defines the orientation of the one-dimensional crystal lattice of the graphene layer. With respect to this base vector, adjacent graphene layers are twisted against each other.
  • the border area (GG) at a current density of 0 Ampere / m 2 or of substantially 0 Ampere / m 2 and a magnetic flux density of 0 Tesla or substantially 0 Tesla has a transition temperature (Tc) higher than -195 ° C and / or higher than - 100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K, and / or
  • the border area (GG) at a temperature below the critical temperature (eg 77 K) and a current density of 0 Ampere / m 2 or of essentially 0 Ampere / m 2 has a critical magnetic flux density (Bk) higher than 1T and / or 5T and / or 10T and / or 20T and / or 30T and / or 40T and / or 50T. It is known that the closer the temperature exposed to the superconductive material is to the critical temperature of the material, the smaller the critical current density and critical magnetic flux density values are.
  • the above first variant defines superconducting properties of the material on the basis of
  • the transition temperature given under the conditions of a current density of near 0 amps / m 2 or equal to 0 amps / m 2 and a magnetic flux density of near 0 Tesla or equal to 0 Tesla.
  • the material is exposed to a temperature below the transition temperature, wherein at a current density of close to 0 amps / m 2 or equal to 0 amps / m 2, the critical magnetic flux density in said range.
  • boundary region means a two-dimensional or three-dimensional transition between a first and a second graphite layer, each having different crystal structures or identical crystal structures, but offset from one another.
  • the boundary region in the sense of the invention thus either exclusively has a 2D extension, ie it is an interface, or else it has an extension in the direction of the layer sequence, that is to say in the Z direction.
  • a superconducting border area which can also be two- or three-dimensional.
  • a three-dimensional border area can have either a two-dimensional or a three-dimensional border area, while a two-dimensional border area usually has a two-dimensional border area.
  • the boundary area between the first and the second layer may extend in two dimensions as far as it is the case in the two layers.
  • the boundary region can also be enclosed by the graphite of one of the two layers or by graphite having a different crystal structure.
  • the border region can be contacted physically by means of, for example, an ohmic contact.
  • the border area can in this respect have an "outer edge".
  • the "outer edge" extends over at least part of the boundary edge of the border area.
  • the component may have an ohmic contact for contacting the superconducting region.
  • the component may have an ohmic contact for contacting the superconducting region.
  • Coil on while a capacitive coupling an electrode is used.
  • Optical elements are used to couple a signal electromagnetically into the superconducting boundary region.
  • the component has at least one conductor with the superconducting boundary region, wherein in particular it can additionally be provided that at least one weak point causing a phase difference is inserted into the at least one conductor (so-called Josephson -Contact).
  • a Josephson junction can also be realized by dividing the conductor having the superconducting boundary region into a first conductor branch and a second conductor branch, between which an opening is located at least in regions, wherein each conductor branch has a e phase difference causing weak point.
  • a method according to the invention for producing a component for electrical and / or optical and / or magnetic and / or electronic applications comprises, for example, the following steps:
  • the first substrate (G SU b) comprises at least two layers (GBI, GB2),
  • first layer (GBI) and the second layer (GB2) are arranged adjacent to each other and have a common from the first layer (GBI) to the second layer (GB2) extending
  • the second layer has graphite with a rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) and
  • the border area (GFB) has a border area (GG)
  • An ohmic contact which is electrically connected to the superconducting boundary region (GG) and / or
  • a coil which is indirectly coupled to the superconducting boundary region (GG) and / or
  • G SU b substrate with a boundary region (GFB) with a superconducting boundary region (GG), and / or
  • a particularly simple method for achieving this behavior is obtained by combining two different graphite modifications (or structures). It is proposed to achieve this behavior in a first method step by providing a first substrate (Gsub) having at least two layers (GBI, GB2). Each of these two layers (G BI , G B2 ) preferably represents a graphite modification.
  • the first layer (G BI ) and the second layer (G B2 ) are arranged one above the other and have a common boundary region (GFB).
  • the border area (GFB) is created by the mechanical and thus electrical contact of the two layers (G BI , G B2 ).
  • the border region is preferably characterized by at least one graphene layer whose Electrons are present in a different electronic configuration than the graphene layers of the two layers (GBI, GB2).
  • the first layer (GBI) consists of graphite with, for example, Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers (graphene layers) with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer (graphene layer).
  • the second layer (GB2) consists of graphite with z.
  • B. rhombohedral crystal structure English rhombohed ral, graphite-3R
  • graphene layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer (graphene layer).
  • the designations first and second layer (GBI, GB2) can be reversed in reality.
  • the boundary region (GFB) comprises the actual first interface (GFI) and preferably has an orientation of its surface normal (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the graphene layers of the first layer (GBI).
  • Parallel in the sense of this invention means that the orientation of the surface normal (nFi) of the first interface (GFI) relative to the hexagonal symmetry axis of the crystal lattice of graphene layers of the first layer region (GBI) a twist angle of less than 45 °, preferably less than 20 ° , better less than 10 °, better less than 5 °, better less than 2 °, better less than 1 °, better less than 0,5 °, better less than 0,25 °. It is therefore recommended that you use your own graphite source to perform your own statistical studies to isolate the area. It is certain that if the orientations of the graphene layer coincide in the boundary region, the observed effect occurs both parallel and not opposite one another.
  • the graphene layer stack of the boundary region should have an orientation of the surface normals (nFi) of the graphene layers also parallel to the hexagonal symmetry axis (d) of the crystal lattice of the graphene layers of the second layer region (GB2).
  • nFi surface normals
  • d hexagonal symmetry axis
  • boundary region has superconducting properties in that the boundary region (GG) of the boundary region (GFB) has a transition temperature (Tc) which is higher than 195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or at z.
  • Tc transition temperature
  • B. 77 K has a critical magnetic flux density (Bk), which is higher than IT and / or 50 T.
  • the substrate In order to produce an electronic, electrical, optical or magnetic component, it makes sense to structure the substrate (Gsub). This can be done in particular by wet-chemical etching (for example in concentrated sulfuric acid in which potassium di-chromate is dissolved).
  • wet chemical etching for example in concentrated sulfuric acid in which potassium di-chromate is dissolved.
  • One problem of wet chemical etching is the aggressiveness of the chemicals that are necessary for etching. Therefore, structuring by ion or particle beam etching is very useful. This can be done, for example, in an oxygen plasma or in an argon plasma.
  • Another possible and very successful method for producing very small structures is the focussed ion beam etching, which can be carried out reactively using chemically etching atoms and molecules, and / or the use of gases, which produce a purely mechanical etching (eg argon etc.).
  • a plasma etching is possible.
  • both RIE method and DRIE method for Use come.
  • a wet-chemical etching can be assisted by applying a voltage to the substrate (Gsub) to an electrode in the etching bath.
  • Such an electrochemical etching is thus another possibility of structuring such a partially superconducting graphite substrate (Gsub).
  • cutting by means of one or more cutting tools is also possible. Therefore, the structuring can also be done by milling, scribing, turning, grinding, cutting, piercing to produce chips. It is conceivable to combine several substrates by pressing and / or sintering into a larger whole.
  • One variant of plasma etching that is possible is spark erosion.
  • the crystal structure By amorphizing, for example by means of a carbon ion beam or an ion beam from another element or from molecules, the crystal structure can be locally destroyed, whereby the interface (GF) as such is destroyed and the superconducting region, the border region ( GG), limited or structured.
  • the substrate capacitively, inductively, optically or electrically, it is provided with electrical contacts in at least one further method step. It is therefore a method step of providing corresponding contacts for capacitive, resistive, inductive or electromagnetic coupling of signals at 0 Hertz (DC signal) or higher (AC signal) or M ischformen (AC / DC signal) in the Boundary range (GFB).
  • an improved method of manufacturing a device comprises the step of determining the orientation of the surface normal (np) of the graphene layers of the boundary region (GFB) within the substrate (Gsub).
  • This orientation can take place, for example, by means of an X-ray diffraction analysis. Other methods are conceivable.
  • graphite can preferably be split along the atomic layers. Such an orientation step can therefore also take the form that some atomic layers are split off on one side of the graphite layer package. The remaining surface is then preferably perpendicular to the surface normal of the interface.
  • M FM magnetic force microscope
  • the substrate (Gsub) is not present in the desired shape and in particular thickness. Therefore, it is advantageous to thin the layers (GBI, GB2).
  • a step of wetting (3) a layer (GBI, GB2), hereinafter “the relevant layer”, and providing a lower boundary surface (UGF) parallel to the graphene layers of the boundary region (GFB) is therefore a preferred constituent
  • the thickness of the layer in question, which is thinned should not be less than that of the atomic layers, but it is better to use an attenuation of more than 6, better more than 10, better more than 20, better more than 50, better For example, but not only, wet-chemical etching, ion or particle beam etching, or focused focussed ion -Beam etching, plasma etching with RI E and / or DRIE etching, electrochemical etching, machining and spark erosion nd but not limited thereto.
  • the substrate (Gsub) is proposed after thinning of the respective layer region of the two layers (GBI, GB2) with the resulting, typically almost ideally smooth surface in a further step on the surface (OF) of a carrier (Subi) to fix or place. It is therefore the process step of applying the thinned substrate (Gsub) to the surface (OF) of a substrate (Subi).
  • the thinned substrate (Gsub) is preferably applied to the surface (OF) of the substrate (Subi) by forming a carbide, e.g. by heat treatment in an oven and by choice of a carbide-forming material of the carrier (Subi), reliably fixed.
  • a carbide e.g. by heat treatment in an oven and by choice of a carbide-forming material of the carrier (Subi)
  • the formation of a eutectic is conceivable.
  • gluing or welding, in particular laser welding come into question. In the latter case, the use of a shielding gas or the treatment in a vacuum, as in all temperature treatments of graphite, is indicated.
  • the layer in question (GB2, GBI) has been thinned out, it is usually advisable to thin out the layer of the two layers (GBI, GB2) which has not yet been thinned out.
  • the method according to the invention is therefore preferably extended by a further step of attenuating the other layer (GBI, GB2), hereinafter the "other layer", which is not the relevant layer, resulting in the creation of an upper layer
  • Boundary surface parallel to the graphene layers of the boundary region (GFB).
  • GEF Boundary surface parallel to the graphene layers of the boundary region (GFB).
  • the minimum thickness of the other layer should not fall below three atomic layers.
  • process variants of the invention are characterized in that process steps for thinning out layer regions (G BI, G B2) by using at least one of the following processes include:
  • an electric, electronic, optical or magnetic component thus created can be combined with conventional circuits.
  • a conventional circuit in the form of providing a second substrate (SUB) for this purpose Provide combination.
  • This second substrate (SUB) may be electrically insulating or electrically normal conducting or electrically semiconducting of the p-type or electrically semiconducting of the n-type or electrically conductive.
  • the second substrate (SUB) may be identical to the carrier (Subi).
  • the carrier (subi) can also be attached to the second substrate (SUB) by gluing etc., for example.
  • This variant of the method also comprises carrying out the method as described above.
  • the order of the method steps, in particular as regards the provision of the second substrate (SUB), may be changed. If it is a completely or partially semiconducting substrate, for example an integrated circuit, it makes sense if the second substrate (SUB) comprises at least one semiconductive electronic component. These may include, but are not limited to: wirings, contacts, through-silicon via (TSV), junctions, insulating layers, diodes, PN diodes, Schottky diodes, resistive resistors, transistors, PNP and / or PNP bipolar transistors, n- or p-channel MOS transistors, diacs, tricacs, pip, - or nin- or pin diodes, solar cells, etc.
  • TSV through-silicon via
  • the second substrate (SUB) can also complex structures, such as Logic gates, amplifiers, filters, operational amplifiers, multipliers, analog-to-digital converters, reference voltage sources and reference current sources, current mirrors, differential amplifiers, digital-to-analog converters, comparators, memories, microcomputers, oscillators, etc.
  • the second substrate (SUB) can also be modified simultaneously or alternatively in another way, so that it has fluidic and / or microfluidic and / or optical and / or microoptical subdevices. For example, it is conceivable to exploit the magnetohydrodynamic (MHD) effect in such a device.
  • MHD magnetohydrodynamic
  • the second substrate another electronic and / or electrical component, in particular (but not limited to) a flat coil or a capacitor, wherein the component in microstructure on the second substrate or in made of this second substrate (SUB).
  • Wiring or contacting between the first and second substrates is preferably produced by applying at least one electrically conductive layer to the first (Gsub) or second substrate (SUB).
  • the electrically conductive layer may be electrically normal-conducting or electrically semiconducting of the p-type conductivity or electrically semiconducting of the n-type conductivity or electrically conductive metal.
  • it may also be an amorphous or polycrystalline semiconductor, for example silicon or germanium or diamond or diamond-like layers (DLC).
  • semiconducting electronic components such as diodes, transistors and resistors can be embedded in a semiconductive layer. Parts of such a semiconducting layer can therefore have a different doping and thus a different type of conduction than other parts of the same semiconductive layer.
  • the resistivities and / or the mobility and / or the carrier density and / or the dopant density and / or the density of the traps may vary within such a semiconductive layer.
  • the proposed method in this case also includes the structuring of the at least one electrically conductive, in particular electrically normal conductive layer, for example, to produce interconnects.
  • conductor tracks can also be produced from highly doped semiconductor material.
  • silicon dioxide or other insulating materials, such as silicon nitride are suitable.
  • the opening of the electrical contacts is then necessary. This can be done by structuring the at least one insulating layer.
  • the electrically conductive layer be in direct mechanical contact with the first substrate (Gsub) at at least one location. This is preferably not only a mechanical, but also an electrical contact.
  • the insulating layer must also be mechanically supported by the first substrate (Gsub). The electrically insulating layer is therefore in contact with the first substrate (Gsub) at at least one point in the mechanical contact.
  • the structuring of the insulating layer preferably takes place photolithographically and / or wet-chemically and / or by plasma etching and / or ion and particle beam bombardment and / or amorphization and / or e-beam irradiation and / or laser irradiation and / or mechanical cutting methods and / or forming methods, which are combined in a structuring, which includes the structuring of the interface, with a tearing of the graphene layers of the boundary region (GFB).
  • a structuring which includes the structuring of the interface, with a tearing of the graphene layers of the boundary region (GFB).
  • an electrical or optical or magnetic or electronic device comprising at least one subdevice comprising a first substrate (Gsub) having at least two layers (GBI, GB2), the first layer (GBI ) and the second layer (Gb2) are stacked and have a common boundary area (GFB) with a first interface (GFI).
  • GFI first interface
  • "arranged one above the other” means that, given a suitable orientation of the overall package, that is to say of the layer stack of the first substrate (Gsub), the respective layers lie against one another. Therefore, the entire package can be aligned in other orientations.
  • the first layer (GBI) of the subassembly consists in the particularly preferred and particularly well-tested example of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H), preferably at least 3 atomic layers, each having a thickness of exactly one atom. These atomic layers are also referred to as graphene layers within the scope of the application.
  • the second layer (GB2) of the sub-device consists of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohed ral, graphite-3R) with z. B. at least 3 atomic layers with a respective thickness of ge exactly one atom.
  • the graphene layers of the boundary region (GFB) furthermore have an orientation of their first surface normals (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattices of the graphene layers of the first layer region (GBI).
  • the graphene layers of the boundary region (GFB) furthermore have an orientation of their first surface normal (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (d) of the crystal lattices of the graphene layers of the second layer region (GB2).
  • At least part of the boundary region (GFB), the border region (GG), in contrast to the prior art, has the abovementioned superconducting properties in the sense of the invention.
  • the first substrate (Gsub) is structured in such a way that the outer edge of the boundary region (GFB) in at least a partial region of the first substrate (Gsub) is altered by machining.
  • this edge region of the first substrate (Gsub) is changed so that it is exposed, for example, by a chamfering of the boundary region (GFB) and can be contacted by means of metal deposition.
  • the boundary region (GFB) has at least one electrical contact which is suitable for connecting the boundary region (GFB) to an electrical conductor. Capacitive, inductive or electromagnetic coupling of signals into the border area (GG) are also possible.
  • the component is supplied with electrical energy by means of a method for operating an electrical or optical or magnetic or electronic component.
  • a method for operating an electrical or optical or magnetic or electronic component for this purpose, said component is provided.
  • the component has a sub-device that is superconducting in the sense of the invention, namely the border region (GG).
  • T temperature
  • H it is advantageous to first heat the device to a temperature above the critical temperature (Tc) and then below the transition temperature, but still operate above -195 ° C.
  • a current flow occurs within the superconducting subregion, the boundary region (GG) within the boundary region (GFB).
  • the boundary region (GG) Based on the at room temperature superconducting portion of the boundary region (GG), can be an electric device defined dad urch that it at least one subdevice, the boundary region (GG), which is an electrical superconductor in the context of the invention.
  • the component has carbon as electrical superconductor, preferably in crystalline form, more preferably in rhomboid crystal structure (graphite 3R) and / or in Bernal crystal structure (graphite 2H).
  • the component is preferably operated in a first intended operating state at a working temperature (T a ) above the transition temperature (T c ) and in a second intended operating state at a working temperature (T a ) below the transition temperature (T c ).
  • the superconductive device can be used by utilizing the critical temperature (Tc) as a temperature sensor.
  • a proposed temperature sensor is accordingly characterized in that it comprises an electrical component, as previously proposed, comprising at least one superconducting subdevice, the boundary region (GG).
  • the conductivity of the electrical component depends on an external magnetic field. This dependence is abruptly caused by exceeding the critical magnetic field strength (Bk) or by slow penetration of the magnetic flux lines into the superconductor, here the border region (GG).
  • annular and / or spiral structures are distinguished by the fact that the superconducting substructure, the border region (GG), of such a component has a topological gender greater than 0.
  • the superconducting structure in this case the boundary region (GG) has at least one hole (Ol) completely surrounded by the superconductor (see FIG. 13).
  • annular superconductors are thus also disclosed, for example, which are interrupted at at least one point, for example by tunneling for charge carriers (see FIGS. 28, 29).
  • Such constructions are also covered by the topological genus 0 in the sense of the invention.
  • the simplest electronic component that can be realized by the method outlined above is that of an electrical lead.
  • the first substrate (Gs U b) is thinned on both sides as described and supported on a second substrate (SUB) assembled.
  • the crystal edges are worked out parallel to the line direction left and right of the center line of the line through the structuring so that preferably only the line as such remains on the second substrate (SU B). Possibly.
  • the line is connected at its two ends, as described above, by means of metal deposition and subsequent, preferably photolithographic structuring of the metal. This metallization contacts the boundary region (GFB) or an interface (GF) contained therein.
  • the second line may also be a subsection of another proposed device comprising a room temperature superconductor as a functional sub-device [border area (GG)].
  • GG border area
  • a line superconducting at room temperature is produced. This should then preferably be cylindrical and graphitized all around.
  • the boundary region (GG) should be cylindrical.
  • the border area for example, an electric coil, in particular to be a flat coil.
  • Two such coils can be combined to form a superconducting signal and / or energy superconducting transmitter at room temperature. If a cylinder with bernal and rhombohedral graphite is alternately coated circumferentially and, for example, a spiral trench is milled into the resulting graphite layer package, which electrically intersects it, a cylindrical superconducting cylindrical coil is obtained at room temperature.
  • the leads and / or the capacitor plates may be fabricated from the room temperature superconducting material described above (see Figure 30b).
  • the device according to Figure 30a, b, c is basically known in terms of its construction and mode of action, but is manufactured here from the superconducting graphite material according to the inventions.
  • a component for example according to FIG. 30c
  • the device When combined with a sensor to evaluate the magnetic flux, the device exhibits a bistable behavior.
  • a special component in this connection is a Josephson diode.
  • a Josephson junction is preferred as a phase modulating element. used for electron waves or Cooper pair waves.
  • a superconducting conductor made of the material according to the invention at room temperature is severed by means of a focussed ion beam or electron beam and the separation point is filled with a few atomic layers of an insulator. The layers are so close to each other that tunneling of the charge carriers is still possible. Such a structure has a bistable behavior. From the
  • optical components which have at least one subdevice, the boundary region (GG), which has an electrical superconductor in the sense of the invention.
  • the material according to the invention can be used, for example, as a permanent magnet.
  • the material is thus intended, for example, to be operated at a temperature below the critical temperature (T c ) and / or at an external magnetic field below the critical magnetic flux density (Bk).
  • T c critical temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • the proposed magnetic component has a permanent magnetic field with a magnetic flux density (Bf) of more than 5 ⁇ .
  • Bf magnetic flux density
  • Such a magnetic component is a flux quantum generator.
  • a component according to the invention can also be used in electrical machines.
  • such components can be used for measuring the magnetic field and thus for determining the rotor position in rotating electrical machines.
  • an electric machine which may be a rotating machine or a linear motor, the or at least one sub-device - for example an electromagnetically operating sensor for determining the rotor position, which in turn has a subdevice, a boundary region (GG), which has an electrical superconductor within the meaning of the invention, with which the relevant electrical machine also possesses this property.
  • the sensor and thus the superconducting sub-device may be part of a rotor and / or a rotor and / or a stator of the machine.
  • Such magnetic sensors with at least one sub-device superconducting at room temperature, the boundary region (GG), which has an electrical superconductor within the meaning of the invention, are of particular interest for medical technology due to their sensitivity.
  • they can be used as sensors and antennas for NM R systems, etc.
  • the proposed mobile device therefore has at least one subdevice, the boundary region (GG), which is an electrical superconductor in the sense of the invention.
  • GG boundary region
  • such a sub-device is, for example, an energy store for the mobile device. It is also conceivable to build portable quantum computers using the properties of the material described here in the future. Since the cooling devices are eliminated, the availability of the material described herein is crucial to the realization of such portable quantum computers.
  • an energy storage device which stores energy, for example in the form of a superconducting circulating current.
  • Such an energy store is characterized in that it has at least one subdevice, the border area (GG), which is an electrical superconductor in the sense of the invention.
  • the invention relates to a component for electrical and / or optical and / or magnetic and / or electronic applications
  • G SU b a substrate comprising at least two layers (GBI, GB2), Wherein the first layer (G BI) and the second layer (GB2) are arranged adjacent to one another and have a common boundary region (GG) extending from the first layer (GBI) to the second layer (GB2), and
  • the first layer comprises graphite having graphene layers with a first stacking sequence, e.g. having a Bernal crystal structure (graphite 2H), and
  • the second layer comprises graphite having graphene layers with a second stacking sequence, e.g. having a rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, Graphit-3R),
  • the total stacking sequence of first and second stacking sequences is different from the first stacking sequence
  • border area has a border area (GG)
  • border area (GG) has superconducting properties, namely
  • Tc transition temperature
  • B. of 77 K and a current density of 0 ampere / m 2 has a critical magnetic flux density (Bk), that is higher than 1 T and / or 5 T and / or 10 T and / or 20 T and / or 30 T. and / or 40 T and / or 50 T, and
  • the superconducting boundary region (GG) is coupled to an electrical and / or magnetic and / or electromagnetic signal with a frequency greater than or equal to 0 Hertz.
  • FIGS. 26, 27, 31, 32 Components with such a stacking sequence are shown for example in FIGS. 26, 27, 31, 32 are shown.
  • the method according to the invention and the material according to the invention and its use according to the invention it is possible to use superconducting electrical conductors at room temperature without loss of energy.
  • the advantages are not limited to this.
  • such devices may be used as information storage.
  • the superconducting partial device stores the information, while the magnetic field-sensitive sensor element can read the information.
  • Exemplary possible applications of the device are that it is part of an electrical line and / or an electrical coil and / or a flat coil and / or a transformer and / or a Mehrtors with at least two magnetically and / or electrostatically coupled lines and / or a cylindrical coil and / or a resonator and / or a microwave resonator and / or an antenna and / or an oscillator and / or an electrical capacitor and / or a quantum register bit and / or a Josephson memory and / or a permanent magnet and / or a Rotor of an electrical machine and / or a rotor of an electrical machine and / or a stator of an electrical machine and / or an energy storage and / or a quantum interference component and / or a metamaterials and / or a digital-optical element and / or a microelectronic circuit and / or a micromechanical device and / or a micro-optical n device and / or a microfluidic
  • the device has a Josephson diode or the device is such a Josephson diode.
  • the exemplary Hall device is an electronic component with a Hall measurement structure.
  • the above-described superconducting substrate (Gs U b) which is described above is additionally applied.
  • Figure 19) This can be done for example by sticking or clamping with a non-magnetic material (eg an adhesive GL).
  • the electronic component preferably in its immediate vicinity, has at least one subdevice, the boundary region (GG), ie, an electrical superconductor having a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or and / or higher than 360 K.
  • T c transition temperature
  • Proximity here means that an electrical, inductive, electromagnetic, optical and / or resistive interaction between the electronic component and the sub-device at least partially exists.
  • Another equivalent feature for superconductivity is a critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K of higher than IT and / or 50 T.
  • Bk critical magnetic flux density
  • the device described above is prepared by using the previously described graphite structure.
  • the first subdevice is then a first substrate (Gsub) having at least two layers (GBI, GB2), the first layer (GBI) and the second layer (GB2) being stacked and having a common boundary area (GFB).
  • the first layer (GBI) or the second layer (GB2), but better both layers (GBI, GB2) is angeord net over the Hall measurement structure.
  • a Hall structure for example a GMR resistor or an AMR sensor
  • at least the first layer (GBI) or the second layer (GB2) is over or in the vicinity of sensitive magnetic fields for the sub-structure of the other magnetic field sensitive electronic component arranged.
  • “Nearby” means that a magnetic field of the room temperature superconducting structure, the boundary region (GG), can act on the magnetic field sensitive substructure of the other magnetic field sensitive electronic component such that an electric current measurable in Depending on or in correlation with the magnetic field of the room temperature superconducting structure, is changed.
  • the first layer area (GBI) consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with z. B. at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer and the second layer region (GB2) of graphite with rhomboed rischer crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) with z. B. at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer.
  • the graphene layers of the boundary region preferably have an orientation of their surface normals (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the graphene layers of the first layer (GBI).
  • the graphene layers of the boundary region (GFB) preferably have an orientation of their surface normals (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (d) of the crystal lattice of the graphene layers of the second layer (GB2).
  • At least the first layer region (G BI) or the second layer region (GB2) is preferably arranged above or in the vicinity of a Hall measurement structure or another magnetic field sensitive sensor or sensor element angeord net.
  • any prior art integrated circuit may be combined with the previously described room temperature superconducting substrate (Gs U b).
  • the above-described, at room temperature superconducting substrate (Gsub) is applied to the integrated circuit as a carrier (Subi) or introduced into this.
  • the integrated circuit then also includes the superconductive substrate (Gsub) as a sub-device of the integrated circuit.
  • the integrated electronic circuit has at least one partial device, namely the border region (GG), which is an electrical superconductor in the sense of the invention.
  • GG border region
  • the device described above is produced by using the previously described graphite structure.
  • the first subdevice is a first substrate (Gsub) comprising at least two layers (GBI, GB2), the first layer (GBI) and the second layer (GB2) being arranged one above the other and having a common border area (GFB). and wherein at least the first layer (GBI) or the second layer (GB2) is / are arranged on a surface of the integrated circuit.
  • the first layer (GBI) and the second layer (GB2) are stacked and have a common first boundary region (GFI) between the first layer (GBI) and the second layer (GB2).
  • GFI first boundary region
  • the first layer (GBI) preferably consists of graphite with a first stacking sequence of z. B. at least 3 graphene layers.
  • the 3 graphene layers emerge as a number to distinguish between a painted and rhombohedral stacking sequence can. It was recognized in the development of the invention that a larger number of graphene layers is advantageous in order to achieve the desired superconducting effect with certainty. Therefore, a graphene layer package with substantially more than 3 graphene layers as the first layer (GBI) is preferred.
  • the second layer (GB2) consists of graphite with a second stacking sequence of graphene layers.
  • the total stacking sequence of the first layer stacking sequence (GBI) and the second layer stacking sequence (GB2) and the common interface (GF) does not correspond to the first layer stacking sequence (GBI). This means that a stacking fault occurs at the boundary between the first layer (GBI) and the second layer (GB2).
  • An essential insight of this invention is that not only point-lattice defects such as impurities can be used to alter electronic properties of materials, but also stacking faults of conductive materials.
  • the conductive material is graphite. In a semiconductor, doping produces insulating, n-semiconducting and p-semiconducting regions.
  • the component is characterized in that a subregion of the overall stacking sequence, namely the border region (GG), has superconducting properties in the sense of the invention.
  • the critical temperature (Tc) or the critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K from the total stacking sequence.
  • the transition temperature (Tc) should be adjusted by the appropriate choice of stacking sequence to be higher than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z , B. 77 K is higher than IT and / or 50 T.
  • a possible overall stacking sequence for the adjustment of superconducting properties at room temperature consists of a stacking sequence of the first layer (GBI) in the form of a stacked stacking sequence in combination with a stacking sequence of the second layer (GB2) in the form of a rhombohedral stacking sequence.
  • the interface (GFI) has an orientation of its first surface normal (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the graphene layers of the first layer (GBI) and an orientation of its first surface normal (nFi) parallel to the hexagonal axis of symmetry (d) of the crystal lattice of the graphene layers of the second layer (G B2 ).
  • the first substrate (G SU b) is preferably structured so that the outer edge of the interface (GFI) in at least a portion of the first substrate (G SU b) is changed by machining.
  • GFI outer edge of the interface
  • the interface In order to operate the electrical component, the interface (GFI) should have at least one electrical contact that is intended or capable of electrically connecting the interface (GFI) or boundary region (GFB) containing same to an electrical conductor.
  • GFI interface
  • GFI boundary region
  • a superconducting magnetic device at room temperature may have a sub-device having a superconducting ring in which a previously induced permanent current flows. Such a sub-device behaves similar to a permanent magnet.
  • the interface (GFI) or boundary region (GFB) containing it should preferably have at least one electrical contact intended or suitable for the interface (GFI) or boundary region (GFB) or boundary region (GG ) electrically connect to an electrical conductor.
  • the first stacking sequence of the first layer (GBI) or the second stacking sequence of the second layer (GB2) is preferably in each case the stacking sequence of bernal graphite and the stacking sequence of rhombohedral graphite.
  • the first stacking sequence of the first layer is equal to the second stacking sequence of the second layer (GB2).
  • the second stacking sequence is offset from the first stacking sequence by a translational displacement vector along the first interface (GFI).
  • GFI translational displacement vector along the first interface
  • a rotational offset is conceivable. Then, due to the rotational offset about a rotation axis, a Morie m utter arises in the electrical properties of the modified graphite.
  • the first stacking sequence of the first layer (GBI) is preferably equal to the second stacking sequence of the second layer (GB2), the second stacking sequence of the second layer (GB2) being unequal in angle to the first stacking layer of the first layer (GBI) Zero around a surface normal of the first interface (GFI) is twisted.
  • the stacking sequence of the first layer (GBI) is not equal to the stacking sequence of the second layer (GB2).
  • a first layer (GB3) is introduced which, together with the first layer (GBI), encloses the second layer (GB2) from above and below (see FIG. 31).
  • a component according to the invention has a sub-device which has a first substrate (Gsub) with at least three layers
  • the first layer (GBI) and the second layer (GB2) are arranged one above the other and have a boundary region with a superconducting boundary region between them.
  • the second layer (GB2) and the third layer (GB3) are arranged one above the other and have a common boundary region with a superconducting boundary region.
  • the first layer (GBI) consists of graphite with a stacking sequence of z. B. at least 3 graphene layers.
  • the third layer (GB3) is also made of graphite with a stacking sequence of z. B. at least 3 graphene layers.
  • the second layer (GB2) consists of graphite with a stacking sequence of graphene layers.
  • the second layer (GB2) also comprise only one graphene layer or only two graphene layers or at least 3 graphene layers.
  • layer sequence of the second layer (GB2) is broader, since in this variant it can comprise a layer sequence with only a single graphene layer.
  • the total stacking sequence should not correspond to any of the stacking sequences of the three layers (GBI, GB2, GB3). If the stacking sequence of the second layer (GB2) is a single graphene layer, then this stacking sequence is to be regarded as different from the other stacking sequences in the sense of this invention. If the stacking sequence of the second layer (GB2) is two graphene layers, then this second stacking sequence of the second layer region (GB2) is to be regarded as a single stacking sequence within the meaning of the invention.
  • the total stacking sequence again consists of the stacking sequence of the first layer (GB2) and the stacking sequence of the second layer (GB2) and the stacking sequence of the third layer (GB3) and the first boundary region (GFI) or the border region (II).
  • GF2) or its border area in its entirety does not correspond to the first stacking sequence of the first layer area (GBI).
  • the total stacking sequence in its entirety should also not correspond to the stacking sequence of the third layer (GB3).
  • the total stacking sequence in its entirety should also not correspond to the stacking sequence of the second layer (GB2).
  • the second interface (GF2) should preferably have an orientation of its second surface normal (nF2) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the graphene layers of the third layer (GB3) and an orientation of its second surface normal (nF2) parallel to the hexagonal axis of symmetry (d) of the crystal lattice of graphene layers of the second layer (GB2).
  • the stacking sequence of the laminated layer (GB3) is preferably the stacking sequence of rhomboid graphite or the stacking sequence of bernal graphite.
  • the stacking sequence of the first layer is equal to the stacking sequence of the third layer (GB3), but this stacking sequence is opposite to the stacking sequence of the first layer is offset by a translational vector along the first interface (GFI).
  • the first layer stacking sequence (GBI) is the same as the third layer stacking sequence (GB3), but this stacking sequence may be rotated non-zero around the surface normal of the first interface (GFI) from the first layer stacking sequence be.
  • the stacking sequence of the second layer may be equal to the stacking sequence of the third layer (GB3), but this stacking sequence may be offset from the stacking sequence of the second layer by a translatory vector along the second interface (GF2).
  • the second stacking sequence of the second layer region (GB2) is equal to the third stacking sequence of the third layer region (G B3), but the third stacking sequence is opposite the second stacking sequence by an angle not equal to zero around the surface normal of the second boundary surface (GF2 ) twisted.
  • the stacking sequence of the first layer may be equal to the stacking sequence of the second layer (GB2) and / or the stacking sequence of the third layer (GB3) may be equal to the stacking sequence of the second layer (GB2) and / or the stacking sequence of the third layer (GB3) will be equal to the stacking sequence of the first layer (GBI).
  • the stacking sequence of the first layer may not be equal to the stacking sequence of the second layer (GB2) and / or the stacking sequence of the third layer (GB3) may not be equal to the stacking sequence of the second layer (GB2) and / or the stacking sequence of the third layer (GB3) does not equal the stacking sequence of the first layer (GBI).
  • the resulting overall stacking sequence has the said stacking fault, which leads to a suitable change in the transition temperature (T c ) and / or the critical magnetic flux density (Bk).
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • the layer should therefore comprise at least three and / or better at least six and / or better at least 10 and / or better at least 20 and / or better at least 50 and / or better at least 100 graphene layers.
  • the third layer region (GB3) arranged in the third stacking sequence (GB3) should therefore comprise at least three, more preferably at least six, preferably at least 10, in particular at least 20, especially at least 50 and very preferably at least 100 graphene layers ,
  • the second layer region (GB2) which is arranged in the second stacking sequence (GB2), should have at least three, better still at least six, preferably at least 10, in particular at least 20, in particular at least 50 and very preferably at least 100 graphene layers include.
  • the proposed method for the transport of electrical charge carriers can be applied.
  • said component is provided and contacted ohmic and / or inductive and / or capacitive.
  • First charge carriers are fed into the superconducting subarea, the border area (GG), at a first location and, apart from the quantum-mechanical blur, second charge carriers of the same polarity at a second location of the component, which is different from the first location, from the superconducting portion, d. H. the border area (GG).
  • one or more graphene layers of the first substrate (G SU b) are doped by foreign atoms. It may also be advantageous to produce the G raphen layers isotope pure. Accordingly, it may be advantageous for at least one graphene layer of the first substrate (G SU b) to be isotopically pure or at least one graphene layer of the first substrate (G SU b) to be at least 10% better than a living organic biological material of the earth's surface 50%, preferably 100%, of deviating concentration of C 13 isotopes. Especially preferred is the use of graphene layers with 100% C 13 isotopes and / or 100% C 14 isotopes. It is also possible to use C 14 isotopes instead of C 13 isotopes. Description of possible quantum components
  • a preferred embodiment is an electrical component and / or quantum interference component (FIG. 13) with a conductor (W), wherein the material of the conductor (W) is preferably a graphene layer package having a sub-structure superconducting at room temperature - in particular a border region ( GG) as described above.
  • the conductor (W) is described as consisting of several sections (Wla, Wlb, W2a, W2b).
  • the conductor (W) is preferably divided into a first conductor branch (Wla, Wlb) and a second conductor branch (W2a, W2b).
  • the first conductor branch (Wla, Wlb) and the second conductor branch (W2a, W2b) are preferably arranged such that they at least partially enclose an opening (Ol) between them.
  • the conductor (W) has at least partially a superconducting material in the sense of the invention.
  • At least the first conductor branch (Wla, Wlb) preferably has a weak point (TUi) (Josephson Junction) introducing a phase difference.
  • the second conductor branch (W2a, W2b) also has a weak point (TU2) introducing a phase difference.
  • each of the phase difference introducing weak points is formed by an isolator or a local modification of the stacking sequence of the graphene layers.
  • the gap representing the respective phase difference weak point (TUi, TU2) thus in the respective branch is preferably smaller than ⁇ , better smaller than 500nm, more preferably smaller than 200nm, even better smaller than 100nm, especially better smaller than 50nm, more preferably less than 20nm, even more preferably less than 10nm, more preferably less than 5nm, still more preferably less than 2nm and especially less than lnm and most preferably less than 0.5nm. Therefore, the respective phase difference introducing weak point (TUi, TU2) is preferably manufactured by means of ion or electron beam machining.
  • the phase difference inducing weak point instead of an insulator by a normally normal at room temperature range (eg by disturbing the stacking sequence) or by metal or normal conducting graphite (eg by disturbing the stacking sequence) or by reducing at least one cross-sectional dimension, in particular the width and / or the thickness of the conductor (W).
  • the weak point (TUI, TU2) introducing a phase difference can be covered by a control electrode (G1, G2) which is electrically insulated from the conductor (W).
  • a partial region of a conductor branch (Wla, Wlb) is covered with a control electrode (Gl), which is electrically insulated from the conductor (W).
  • a control electrode Gl
  • a capacitive coupling of this conductor portion for example, to a voltage source is possible.
  • the conductor (W) is preferably produced on an electrically normally conducting or semiconducting carrier (Subi), for example a silicon wafer. But it is also possible to manufacture the conductor on an insulating support (Subi), for example a glass substrate or an electrically insulating crystal (eg sapphire).
  • the conductor (W) is electrically insulated from an electrically normally conducting or semiconducting carrier (Subi). This can be done for example by vapor deposition of silicon dioxide or the same or by thermal oxidation of the carrier (Subi).
  • the electronic components and / or quantum interference components produced in this way can typically be interconnected to form more complex circuits.
  • the interconnection can be achieved by electrical contact of the component connections or by field coupling by means of electric fields (capacitive) or magnetic fields (inductive).
  • Such an electrical circuit may also comprise conventional components. These can be realized, for example, as integrated components in a semiconducting carrier (Subi). Therefore, an electrical circuit is proposed which comprises at least one electrical component according to the invention and / or quantum interference components.
  • an electrical component and / or quantum interference component (FIG. 34) having a conductor (W, Wla, Wlb) is proposed in which the electrical component and / or quantum interference component has a subdevice that performs the function of a Cooper pair box (FIG. English Cooper pair box) has.
  • This proposed sub-device has at least one conductor (W), which at least partially comprises a material which is superconducting in the sense of the invention.
  • This conductor (W) is divided into a first conductor portion (Wla) and a second conductor portion (Wlb) by a phase difference introducing weak point (TUi).
  • the first conductor section (Wla) can be contacted electrically by means of a first node (Nl).
  • the second conductor section (Wlb) can be capacitively contacted via a second node (N2) by means of a coupling capacitance (Cg).
  • the second conductor section (Wlb) on the one hand by the phase difference introducing weak point (TUi), which may for example be made again from an insulator, and isolated on the other side by coupling capacitance (Cg).
  • the second conductor section (Wlb) thus forms the Cooper pair box.
  • a further variant of the previously proposed electrical component has, instead of a phase difference introducing weak point (TUi) in addition to a further phase difference introducing a weak point (TU2).
  • TUi phase difference introducing weak point
  • TU2 phase difference introducing a weak point
  • FIG. 35 an electrical construction element and / or quantum interference component (FIG. 35), in which the electrical component and / or quantum interference component has a sub-device which has the function of a Cooper pair box, and in which the sub-device has a Conductor (W), which is divided by the two phase difference introducing weak points (TUi, TU2) in a first conductor portion (Wla), a second conductor portion (Wlb) and in a third conductor portion (Wie).
  • W Conductor
  • the conductor (W) is at least partially made of a superconducting material according to the invention.
  • the first conductor section (Wla) can be electrically contacted by means of a first node (Nl)
  • the second conductor section (Wlb) can be capacitively contacted via a second node (N2) by means of a coupling capacitance (Cg)
  • the third conductor section (Wie) can be electrically connected be contacted by means of a third node (N3).
  • the second conductor section (Wlb) represents a Cooper pair box.
  • n * m metamaterial substructures (MTSi, j) with n and m as integer positive numbers and l ⁇ i ⁇ n and l ⁇ j ⁇ m.
  • the n * m Metamaterialteil Scheme (MTSi, j) preferably form a two-dimensional translational or rotary lattice.
  • Each of the metamaterial substructures (MTSi, j) preferably comprises at least one conductor (Wi, j). These conductors (Wy) are preferably produced from a room temperature superconducting material.
  • each metamaterial substructure (MTSi, j) which does not lie at the edge of the metamaterial and at least the adjacent metamaterial substructures (MTS (i + i), j, MTS (ii), j, MTSi, (j + i), MTSi, (ji)) a sub-device of a quantum interference device.
  • a metamaterial with a two-dimensionally periodic array of (nl) * (ml) quantum interference devices with (n-1) and (m-1) results as integer positive numbers.
  • Each of these meta-material substructures preferably comprises at least one conductor (Wy) connected to the adjacent conductors (W (i + i), j, W (ii), j, Wi, (j + i), Wi, (ji)) of the adjacent metamaterial substructures (MTS (i + i), j, MTS ⁇ i-i), j, MTSi, (j + i), MTSi, (ji)) ohmic, in particular by conducting or superconducting connections.
  • Each of the metamaterial substructures (MTSi, j) thus preferably has at least one associated conductor (Wy).
  • This conductor (Wi, j) is preferably made of at least part of a material which is superconducting in the sense of the invention.
  • the electrical connection between the adjacent metamaterial substructures may also be due to phase-shifting weak points ( TUi, i, j, TU 0 , i, j, TUI QI), TU 0 , (i + i), j).
  • a meta-material in which conductors (Wy) of meta-material substructures (MTSi, j) with conductors (W (i + i), j, W (ii), j, Wi, (j + i), Wi , (ji),) of adjacent metamaterial substructures (MTS (i + i), j, MTS (ii), j, MTSi, (j + i), MTSi, (ji)) over the said phase shift introducing weak points (TUi, i , j, TU 0 , i, j, TUi, i, (ji), TU 0 , (i + i), j), in particular Josephson connections (English: Josephson junctions).
  • a plurality of metamaterial substructures can each form a quantum interference component.
  • the said metamaterial having a two-dimensional periodic arrangement of (nl) * (ml) quantum interference components with (n-1) and (m-1) as whole positive numbers.
  • the periodic stacking of such two-dimensional metamaterials also makes possible a three-dimensional arrangement of the metamaterial substructures (eg MTSi, j, k). This results in a three-dimensional arrangement of the resulting quantum interference components.
  • Such two-dimensional metamaterials can be used as a shield or as a filter for electromagnetic waves or as a digital optical element (see, for example, BC Kress, P. Meyrueis, "Applied Digital Optics: from micro-optics to nanophotonics” ISBN 987-0-470-02263-4 , 2009 John Wiley & Sons Ltd.) for electromagnetic radiation, for example the use as a one- or two-dimensional lattice of entangled flux quanta in quantum systems (eg quantum computers). to provide only one dimensional periodic array of (n-1) quantum interference devices with (n-1) as a whole positive number. This requires a two-dimensional arrangement of n * 2 metamaterial substructures.
  • a metamatrial can also be produced by superconducting granulation in the border area in the form of several border areas, which in this respect may constitute a grain.
  • This granulation may be self-adjusting if necessary.
  • This granulation does not necessarily show a regular order. However, it should be regarded as metamaterial according to the invention for the purposes of this invention.
  • the subdevice according to the invention which is at least partially made of a material which is an electrical superconductor in the sense of the invention, is part of an electrical machine, preferably a rotating machine and / or a linear motor.
  • the superconducting subdevice, the boundary region (GG), part of a rotor and / or a rotor (LF) and / or a stator of the machine is thus proposed with the invention, which may be a rotating machine or a linear motor.
  • the runner (LF) of the machine may, in the example of Figures 35 and 36, perform movements of all its six degrees of freedom.
  • This simplest proposed machine is characterized by a superconducting sub-device in the context of this invention.
  • the supralei- tende sub-device should be part of a rotor and / or a rotor (LF) and / or a stator of the machine.
  • the superconducting device is, for example, for lowering an electrical supply line resistance in a control of the machine, which is interpreted as part of the machine in the sense of the invention.
  • an electric machine is thus proposed as a variant of the invention, in which the machine has a rotor (LF) and a stator (Subi) and in which the stator (Subi) and / or the rotor (LF) a sub-device according to the invention superconducting (border area (GG)).
  • the stator (Subi) and the Runners (LF) then exercise according to the invention by means of the sub-device to each other from a force that is magnetic or electrostatic origin.
  • Such an electric machine has a rotor (LF) or a rotor or a stator (Subi) and is intended to interact with an electromagnetic wave outside the electric machine.
  • LF rotor
  • Subi stator
  • actuators in which a mechanical force is used using a superconducting sub-device of the actuator electrical machines.
  • FIG. 1 shows, for a production method proposed by way of example, the first step of providing (1) a substrate (Gsub) with a first layer region (GBI) and a second layer region (GB2) and an interface (GFB ).
  • the first layer region (GBI) consists of bernal graphite and the second layer region (GB2) consists of rhombohedral graphite.
  • Figure 2 shows a first preferred step of processing the substrate (G SU b) of Figure 1 with the third step of thinning (3) a "relevant" layer area (GBI, GB2), here the first layer area (GBI) and the creation of a lower boundary surface (UGF) parallel to the boundary area (GFB) after already established (2) the orientation of the surface normals the graphene layers of the boundary region (GFB) within the substrate (Gsub) as a second process step.
  • a "relevant" layer area GBI, GB2
  • GRF lower boundary surface
  • FIG. 3 shows the preferred step of attaching (5) the preferably thinned substrate (Gsub) of FIG. 2 to the surface (OF) of the carrier (Subi) by applying (4) and fixing the preferably thinned substrate (Gsub) to the surface (OF) of a substrate (Subi).
  • This application can be done for example by sticking by means of a not shown here adhesive (GL).
  • the fastening can be done for example by a treatment Temperaturbehand the adhesive for fixing. Possibly. Both steps can also be carried out in one step, if the temperature treatment of the exemplary adhesive is not necessary due to its properties.
  • FIG. 4 shows a further preferred step of processing the substrate (G SU b) of FIG. 3 in the form of the twisting (6) of the other layer region, which is not the relevant layer region. This is the second layer area (GB2).
  • FIG. 5 shows an exemplary structuring (8) of the first substrate (Gsub) of FIG. 4.
  • FIG. 6 shows the exemplary structuring (8) of the first substrate (Gsub) of FIG. 5 with exemplary beveling of the etching edges by a suitable choice of the process parameters r.
  • photolithographic etching processes as mentioned above come into question here.
  • Figure 7 shows the exemplary application (9) of at least one electrically conductive layer (ELS) to the first substrate (Gsub) of Figure 6 to produce the contacts.
  • ELS electrically conductive layer
  • FIG. 8 shows the exemplary structuring (10) of the at least one electrically conductive layer (ELS) of FIG. 7, by means of which it forms a first printed conductor (LI) and a second printed conductor (L2) in the example of FIG.
  • ELS electrically conductive layer
  • FIG. 9 shows the exemplary application (11) of at least one electrically insulating layer (IS) on the first substrate (Gsub) of FIG. 8 or the substrate (Subi) of FIG. 8 or the electrically, in particular the electrically normally conductive layer (ELS ), Figure 8.
  • IS electrically insulating layer
  • Figure 10 shows the exemplary patterning (12) of the at least one insulating layer (IS) of Figure 9, e.g. for opening the contacts (K) or for vias.
  • FIG. 11 shows an exemplary sequence of steps for producing the proposed devices: Providing (1) a first substrate (Gsub) having at least two layer regions (GBI, GB2);
  • Thinning (3) a "relevant" layer region (GBI, GB2) and creating a lower boundary surface (UGF) parallel to the graphene layers of the boundary region (GFB);
  • a second substrate for example in the form of a microelectronic circuit
  • FIG. 12 shows a Josephson diode in cross section.
  • the exemplary first substrate (Gsub) of FIG. 4 is defined by a first weak point introducing a phase difference, namely the Tunnel element (TU), in the form of, for example, a few atomic layer thick oxide or a normally conducting perturbation of the stacking sequence of the graphene layers.
  • a phase difference introducing weak point can by an insulator, in particular air or vacuum, or by a modi if the graphene Schichtsta- pel merge or by another normal at room temperature or by metal or at temperatures greater than -195 ° C or better at temperatures greater than the critical temperature T c are not superconducting graphite areas, the border areas (GG), within the conductor (W) are formed.
  • the exemplary first substrate (Gsub) of FIG. 4 is severed by the tunneling element (TU), for example a few atomic layer thick oxide.
  • FIG. 13 shows the exemplary electrical component (SQU ID) on the basis of the phase difference-introducing weak point (Josephson contact) from FIG. 12 in plan view.
  • the first substrate (Gsub) is structured such that an annular structure with two branches results. The two branches are each interrupted by a Josephson diode in the form of a phase-modulating tunnel element (TUi, TU 2 ). At current flow (I), the voltage drop depends on the magnetic field perpendicular to the drawing plane.
  • a SQUI D can be used as a phase Q-bit (English phase qbit) within quantum computers. In this context, reference should be made to Xiu Gua "M icrowave photonics with superconducting quantum circuits" Xiv: 1707.02046v2 [quant-ph] 19 Oct 2017.
  • FIGS. 14 to 20 show, by way of example, Hall structures using superconducting material in accordance with the invention.
  • FIG. 14 shows a schematic simplified principle cross section through an integrated microelectronic circuit with a Hall structure (HL), which is part of an integrated circuit as a device sensitive to magnetic fields.
  • the Hall structure (HL) is manufactured in a semiconducting carrier (Subi).
  • the Hall structure (HL) is protected by an insulator (OX).
  • OX insulator
  • Other isolators or insulator materials are conceivable.
  • whole metal / oxide stack as insulator (OX) are conceivable. From the state of the art here diverse Verd rahtungssysteme for integrated circuits and Hall sensor structures are known.
  • the Hall structure in this example can be contacted via contacts (K1, K2).
  • the superconductive layer package ie the first substrate (Gs U b with GBI, GB2, GFB, GG) with the superconducting boundary surface or the superconducting boundary region within a boundary region on the Hall structure (HL ) (Subi) attached.
  • the said carrier (Subi) with the said Hall structure (HL) so the above-described, at room temperature superconducting first substrate (GBI, GB2, GFB, GG) is applied.
  • the Hall structure (HL) has a magnetic field-sensitive electronic component, in its immediate vicinity at least one subdevice, the boundary region (GG), which is an electrical superconductor within the meaning of the invention.
  • the Hall structure (HL) is if it is not placed in a separate well, of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, eg surrounding a weakly n-doped silicon structure within the semiconducting substrate of the support (Subi).
  • a first conductivity type eg p-doped
  • the Hall structure (HL) is if it is not placed in a separate well, of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, eg surrounding a weakly n-doped silicon structure within the semiconducting substrate of the support (Subi).
  • the contact dopants (KD1, KD2) are also of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, that is, for example, formed as highly n-doped silicon structures within the semiconductive substrate of the substrate (Subi) in contact with the Hall structure (HL) and the metal of the contacts (Kl, K2) are.
  • the substrate prior to application of the substrate (G SU b) to the substrate (Subi), the substrate is subjected to a microtechnical process. may have been made on or in the carrier nano- or microelectronic circuits and / or nano- or micromechanical devices and / or micro-optical devices and / or microfluidic devices.
  • Figure 15 shows a more complex metallization stack. This consists of a first insulating layer, preferably a first oxide (0X1), which is preferably a gate oxide, and a second insulating layer (0X2), preferably a second oxide. Between the first insulation layer (OX1) and the second insulation layer (0X2) are two exemplary tracks (LI, L2). An interaction now occurs between the current flow in the conductor tracks (LI, L2) and the room temperature superconducting boundary area (GG) or the boundary area (GF) of the boundary area (GFB) of the substrate Gs U b.
  • GG room temperature superconducting boundary area
  • GF boundary area
  • FIG. 16 corresponds to FIG. 15 with the difference that the substrate (Gsub) is now connected photolithographically via a third line (L3).
  • the substrate (Gsub) is electrically connected to the second contact (K2) by way of example. This prevents the substrate (Gsub) from being able to charge statically.
  • FIG. 17 schematically shows an exemplary combined microfluidic / micromechanical devices with a (eg semiconductor) substrate as carrier (Subi).
  • the metallization stack of FIG. 15 is made more complex in order to carry out the micromechanical and microfluidic subdevices in the metallization stack in this example. It is known from the prior art that the implementation of micromechanical / microfluidic components can also take place in the substrate of the carrier (Subi).
  • the metallization stack may include layers of metals (such as titanium, tungsten, gold, platinum, aluminum, iron, niobium, vanadium, manganese, etc.), insulators (such as silicium nitride, silica, etc.), amorphous or polycrystalline Semiconductor layers (such as polycrystalline silicon - also called poly - or amorphous silicon or monocrystalline Silicon or other corresponding semiconductor materials, in particular III / V materials and II / VI materials).
  • This layer stack can therefore be generated at least in part by bonding different substrates to one another.
  • metals such as titanium, tungsten, gold, platinum, aluminum, iron, niobium, vanadium, manganese, etc.
  • insulators such as silicium nitride, silica, etc.
  • amorphous or polycrystalline Semiconductor layers such as polycrystalline silicon - also called poly - or amorphous silicon or monocrystalline Silicon or other corresponding semiconductor materials, in particular III / V materials
  • a first insulator layer (0X1), a second insulator layer (0X2) and a third insulator layer (0X3) and a polycrystalline silicon layer (PLY) are provided.
  • the polycrystalline silicon layer in subregions of the surface of the device below the third insulator layer (0X3) is now removed by surface micromechanical methods. This can be done for example by etching gases, as known in the art. With suitable structuring, a micromechanical beam (BE) can be generated which, on the one hand, can be excited to oscillate electrostatically, for example via the Hall structure (HL) or the exemplary printed conductors (LI, L2). It is known from the prior art that such a beam has a vibration quality which depends on the pressure of the residual gas in its surroundings.
  • the vibration behavior also depends on the interaction between the room temperature superconducting substrate (Gsub) and the other electrically conductive subdevices (LI, L2, HL, Subi).
  • the beam is thus also a microfluidic element which interacts with the gaseous fluid of its environment. Although its efficiency is reduced in liquids, it also works in principle.
  • the use in conjunction with a pressure cell in a pressure sensor, in particular an absolute pressure sensor, is therefore also conceivable.
  • the cavity (CAV) of Figure 17 must be completed only by the exemplary poly-silicon. This is shown in FIG. 18.
  • FIG. 18 corresponds to FIG. 17 with a closed cavity (CAV), for example for an absolute pressure sensor or a microfluidic component.
  • CAV closed cavity
  • Figure 19 corresponds to Figure 15, except that an optically active layer (OA) is applied which exhibits an electro-optic effect which interacts with the magnetic field of the superconducting substrate (Gsub) at room temperature. This interaction can be observed optically or for the modification of optical radiation, the on the optically active layer (OA) falls and is reflected there, be used. In the latter case, it is expedient to insert a reflective layer between the optically active layer (OA) and the superconducting substrate (Gsub) at room temperature.
  • OA optically active layer
  • FIG. 20 corresponds to FIG. 19 with the difference that the optically active layer (OA) is now designed as an electro-optically active section of an optical waveguide (OA).
  • the figure shows this section schematically as a schematic diagram in cross section. The light is guided perpendicular to the image plane in the optical waveguide.
  • a magneto-optical switch which, by means of the Kerr effect in an optical waveguide section which is embodied in the form of an electro-optically active section, determines the phase of the light in the optical waveguide or the transit time of the light through this section of the optical waveguide Modulate the optical waveguide.
  • the special feature here is that the substrate superconducting at room temperature (G SU b) can generate a magnetic field that can influence this section of the optical waveguide. As a result, light switches can be built, which only need a short-term control for switching.
  • Figures 21 to 23 show schematic diagrams for material measurement.
  • Figures 21 to 23 are taken from the writing by Markus Stiller, Pablo D. Esquinazi, Christian Precker, and Jose Barzola-Quiquia "Local magnetic measurements of permanent current paths in a natural graphite crystal", J. Low Temp. Phys. 191, 105- Figure 21 corresponds to the colored figure 1, Figure 22 corresponds to the colored Figure 2b and Figure 23 corresponds to Figure 2c of the specification The content of this document is more complete with regard to the methods and materials used Part of the invention.
  • Figure 21 shows the properties of a natural graphite suitable for use in such devices and methods as described herein.
  • the use of this type of graphite for the described devices and methods is expressly within the scope of the present invention.
  • Figure 21 shows the topography of a suitable graphite sample in the subfigures 21a, 21c, 21e measured by means of a MAFM. It also shows the measured phase in the subfigures 21b, 21d, 21f.
  • the pair of sub-figures 21a, 21b shows topography and phase for the original sample in the original state.
  • the sub-pair of figures 21c, 21d; 21e, 21f showed the topography and the phase after the application of a magnetic field.
  • the phase shows a signal after the sample has been exposed to a magnetic field. Therefore, the method for finding suitable substrates with the following steps is part of the invention:
  • the area is measured before the application of the magnetic field in order to be able to measure the changes.
  • Sub-figures 21d and 21f show the jump of the magnetic field in the form of a jagged step across the image.
  • FIG. 22 shows a sequence of several images of the phase measured with the MFM. It can be clearly seen that these are large-scale structures.
  • FIG. 23 shows the jump of the phase measured transversely to one of the lines to be recognized in FIGS. 21d, 21f and 22 (line currents).
  • line currents The 1 / r dependence in the vicinity of the edge and the freezing of the magnetic flux on one side of the line current can be seen (r stands for the distance from the respective line, which can be seen in the said figures).
  • FIG. 24 schematically shows a schematic crystal structure of graphite according to the prior art.
  • FIG. 25 shows schematically a rhomboid crystal structure of graphite according to the prior art.
  • Figure 26 shows schematically the contact between a rhombohedral crystal structure of graphite in the upper three graphene planes as the second layer region (GB2) and a painted graphene structure in the lower three graphene planes as the first layer region (GBI).
  • GB2 the second layer region
  • GBI the first layer region
  • FIG. 26 corresponds to the structure of the graphene planes of FIG. 1, which shows a combination of a rhombohedral layer region and a colored layer region.
  • FIG. 27 shows a further example of the generation of an overall stacking sequence by inserting a single graphene layer as a second layer region (GB2) into a painted graphite crystal having a first layer region (GBI) and a third layer region (GB3).
  • a single rhombohedral graphene layer is placed as a second layer region (GB2) between two male graphene layer regions (the first layer region (GBI) and the third layer region (GB3)).
  • the structure of FIG. 27 has two interfaces (GFI, GF2) and border regions within a boundary region (GFB).
  • FIG. 28 schematically shows a simple arrangement for a Cooper pair box for a single Cooper pair, as described, for example, in V. Bouchiat "Quantum Coherence with a Single Cooperable Pair", Physica Scripta, Vol. T76, 165-170, Fig. 1, 1998 for normal superconductors is already known.
  • the conductor (W) is divided into a first line section (Wla) and a second line section (Wlb) of an electrical line by a first phase-introducing weak point (TUi) (English Josephson Juction).
  • the first line section (Wlb) is contacted via a first electrical node (N l).
  • N l first electrical node
  • C g coupling capacitance
  • the other pole of the coupling capacitance (C g ) is preferably electrically contacted via a second electrical node (N2).
  • V g control voltage
  • the occupation of the energy states in the Cooper pair box formed by the second line section (Wlb) can be controlled.
  • the material of the first and second line sections (Wla, Wlb) is formed by a material that has superconducting properties in accordance with the invention at least in subregions, the border areas (GG).
  • the component proposed here is a charge Q-bit (English charge qbit).
  • Q-bit English charge qbit
  • FIG. 29 illustrates an extension of the basic principle of a Cooper pair box shown in FIG. 28.
  • the Cooper pair box is again formed by the second line section (Wlb).
  • this Cooper pair box has three ports instead of two.
  • the conductor (W) is replaced by a first phase shift introducing weak point (TUi) and a second phase shift introducing weak point (TU2) into a first line section (Wla), a second line section (Wlb) and a third Divided line section (as).
  • a phase-shifting vulnerability is typically a Josephson junction.
  • the first line section (Wla) is contacted via a first electrical node (Nl).
  • the third line section (Wie) is contacted via a third electrical node (N3).
  • the Cooper pair box in the form of the second line section (Wlb) is capacitively connected via a coupling capacitance (C g ).
  • the material of the first, second and third line sections (Wla, Wlb, Wie) is formed by a material that, at least in subareas, the border areas (GG), superconducting properties in Having sense of the invention.
  • Figure 30 shows a flow Q-bit (English flux qbit).
  • Figure 30 shows another useful technical application. It is known for superconductors of the prior art, for example, from the following writings: Robert J Schoelkopf, Steven M. Girvin "Experiments in Quantum Coherence and Computation with Single Cooper-Pair Electronics” US Army Report 2006, A. Wallraff et al. "Circuit Quantum Electrodynamics: Coherent Coupling of a Single Photon to a Cooper Pair Box" arXiv: cond-mat / 0407325vl [cond.mes-hall] 13 Jul 2004, M.
  • a graphene stack with a suitably chosen stacking sequence of the graphene layers, according to one of the previously described variants with superconducting properties within a boundary region or an interface according to the invention, is used.
  • the graphene stack preferably exhibits superconducting properties at room temperature, at least in a partial region, the boundary region (GG).
  • the graphene layer package is applied to a carrier (Subi) electrically insulated.
  • the graphene layer package is preferably structured photolithographically.
  • the stacked layer is divided into a first ground plane (GND1) and a second ground plane (GND2) as a result of patterning by a structured triplate microstrip line.
  • GND1 first ground plane
  • GND2 second ground plane
  • These ground plates (GND1, GND2) represent two of the three conductors of the triplate microstrip line.
  • ML center conductor
  • the center conductor (ML) consists of the material of the graphene layer package.
  • the center conductor (ML) is preferably produced during the structuring of the graphene layer package.
  • the center conductor is interrupted at one point by a capacitance (Cl). This is shown in detail in FIG. 30b.
  • a capacitance Cl
  • FIG. 30b By turns of the triplate line, two inductances (Lil, Li2) are built into the line in the example.
  • a Cooper pair box is installed in one of the two slots between the center conductor (ML) and the two ground plates (GND1, GND2).
  • the Cooper pair box is built into the space between the center conductor (ML) and the first ground plane (GND1).
  • the Cooper Pair Box (CPB) is formed by a single wire.
  • the Cooper Pair Box (CPB) is connected via two lines, each with a phase shift introducing weak point (TUi, TU2) with the coupling surface of a coupling capacitance (C g ).
  • this device part has an opening (Oi), via which an inductive coupling the B field of the electromagnetic wave can be made in the waveguide.
  • the Cooper Pair Box is still capacitively linked to the head of the company. It is also conceivable to realize only these parts of the device with the help of the proposed graphene stack.
  • the material of the Cooper pair box and around the opening (Ol) is superconducting in the sense of the invention.
  • Figure 31 shows another example.
  • a third, here by way of example a graphene layer layer package (GB2) is placed between two likewise exemplary paint graphene layer packages (GBI, GB3).
  • the structure of FIG. 31 has two interfaces (GFI, GF2) or, in general, border regions within the boundary region (GFB).
  • Figure 32 shows another example.
  • two exemplary paint graphene layer packages (GBI, GB2) are placed in translatory and / or rotational offset from one another. In this sense, the structure of Figure 32 has an interface (GF).
  • FIG. 33 shows the exemplary electrical component (SQU ID) based on the Josephson contact of FIG. 12 in plan view.
  • the first substrate (Gsub) is structured such that an annular structure results, wherein the ring is not completely closed in contrast to FIG.
  • the first branch (Wla, Wlb) is interrupted by a Josephson diode in the form of a first phase-modulating tunnel element (TUi). With current flow (I), the voltage drop also depends on the magnetic field perpendicular to the drawing plane.
  • the second branch (W2a, W2b) is interrupted by a gap in the second branch (W2a, W2b), so that a second capacitance (C2) results, which causes a further phase shift.
  • Figure 34 shows in plan view an exemplary metamaterial, d. H. a material whose parameters differ from those commonly found in nature in the propagation of electrical, magnetic, electromagnetic fields and waves as well as acoustic waves and plasma waves.
  • the metamaterial is applied to a non-subscribed carrier (sublaid) and structured.
  • the metamaterial consists of an exemplary two-dimensional arrangement of n * m metamaterial substructures (MTSy) with n and m as the whole positive Number and l ⁇ i ⁇ n and 1 ⁇ j ⁇ m.
  • FIG. 34 represents only an example of a proposed metamaterial.
  • Each metamaterial structure part comprises a conductor structure (Wy), where the indices i and j are the x and y positions within the two-dimensional arrangement of n * m metamaterial substructures (MTSi, j ), ie the position in a first and in a second direction.
  • the additional index k would indicate the position in the z direction, ie in the direction of the third coordinate.
  • Such a metamaterial with a two-dimensional arrangement of n * m metamaterial substructures (MTSy) is characterized in that it preferably has a two-dimensional periodicity, ie represents a two-dimensional lattice.
  • a three-dimensional array of l * n * m meta-material substructures (MTSi, j, k) would have a three-dimensional periodicity and thus represent a three-dimensional lattice.
  • a sheet-like metamaterial with, by way of example, 4 ⁇ 4 metamaterial substructures is shown. This means that the indices of j and i are in the range between 1 and 4, with the range limits for these two ranges being included.
  • each of the metamaterial substructures has at least one associated conductor (Wy).
  • Wy This is preferably superconductor in the context of the invention.
  • adjacent metamaterial substructures are ohmically coupled to one another by direct contact, magnetically via coupling magnetic fields and / or capacitively via capacitances.
  • the metamaterial substructures (MTSy) may have openings, in particular for magnetic coupling.
  • the topological gender of their form in supervision can therefore deviate from 0.
  • the coupling can also be achieved, as in the example of FIG. 34, by a weak point (TU, j) per metamaterial substructure (MTSi, j) which introduces a phase shift.
  • each four metamaterial substructures (MTSi, j, MTS (i + i), j, MTSi, (j + i), MTS (i + i), (j + i)) form a structure having a Opening (Oi + i + i) leaves open.
  • such a metamaterial is an electrical interconnection of electrical components to an overall circuit. At least some of the connections between the metamaterial substructures (MTSy, MTS (i + i), j, MTSi, (j + i), MTS (i + i), (j + i)) are phase shifted as in the example FIG introducing vulnerabilities executed (TUi, i, j, TU 0, i, j, TUi, i, (ji), TU 0, (i + i), j), it is an interconnection of quantum interference devices.
  • a metamaterial which consists of a spatially periodic three-dimensional interconnection of quantum interference components or quantum interference sub-devices, here the metamaterial substructures (MTSi, j, k), or a two-dimensional periodic two-dimensional interconnection of quantum interference components or quantum interference subdevices, here the metamaterial substructures ( MTSy).
  • the spatial, d. H. Three-dimensional or two-dimensional periodicity may in each case relate to a translational shift or a rotational rotation.
  • the subfigure 34a represents the exemplary two-dimensional arrangement of the metamaterial substructures (MTSy).
  • FIG. 35 schematically shows an exemplary combined micromechanical machine with an exemplary semiconductor substrate as carrier (Subi).
  • FIG. 35 schematically shows a simplified principle cross-section through an integrated microelectronic circuit which is manufactured in the carrier (Subi), which can be, for example, a piece of silicon wafer.
  • the carrier can be, for example, a piece of silicon wafer.
  • the micro-integrated circuit is protected by a metallization stack with typically several layers of insulator layers (0X1, 0X2, 0X3) and conductor layers (PLY, Kl, K2). Other isolators than silicon oxide are conceivable. Also, whole metal / oxide stack as insulator (OX) are conceivable.
  • the metallization stack may include layers of metals (such as titanium, tungsten, gold, platinum, aluminum, iron, niobium, vanadium, manganese, etc.), insulators (such as silicon nitride, silicon oxide, etc.), and / or amorphous or polycrystalline semiconductor layers (Such as polycrystalline silicon - also called poly - or amorphous silicon or monocrystalline silicon or other corresponding semiconductor materials in particular Vl materials and / or Ill / V materials and / or Il / Vl materials). Therefore, as known from the prior art, this layer stack can be produced at least in part by bonding different substrates, in particular by bonding glass and semiconductor substrates to one another. In the example of FIG. 35, as in FIG.
  • first insulator layer (0X1) there are a first insulator layer (0X1), a second insulator layer (0X2) and a third insulator layer (0X3). and a polycrystalline silicon layer (PLY).
  • PLY polycrystalline silicon layer
  • the polycrystalline silicon layer in subregions of the surface of the device below the third insulator layer (0X3) is now removed by surface micromechanical methods. This can, as described above, for example, by etching gases, as known in the art, happen.
  • a micromechanical rotor (LF) of the proposed micromechanical machine can be generated, which is excited to vibrate electrostatically, for example via the exemplary conductor tracks (LI, L2, L3, L4). Instead of the electrostatic excitation, a parallel or substitute magnetic excitation comes into question.
  • the excitation of the micromechanical electric machine can also be effected by means of a mixing method between electrostatic and magnetic excitation.
  • Subdevices of this exemplary electric machine may also be caused to oscillate by an external electromagnetic field and thus interact with other electronic and electrical subdevices.
  • a Hall sensor in its stator.
  • a Hall plate placed in the carrier (Subi) below the rotor (LF) can help.
  • This Hall plate can act as an electrostatic counter electrode to an electrode in the rotor.
  • the first printed conductor (LI) can be supplied with an electrical current of a first current amount in a first current direction and the third printed conductor (L3) with an electric current of the first current amount in a second current direction.
  • the second current direction is the first
  • the first trace (LI) is then the power supply line and the third trace (L3) the power return line.
  • the first trace (LI) and the third trace (L3) may then be considered as a first coil and generate a first magnetic flux (Bi).
  • the second printed conductor (L2) can be supplied with an electrical current having a second current amount in the first current direction and the fourth printed conductor (L4) can be supplied with an electrical current having a second current amount in the second current direction. In this case, the second current direction is opposite to the first current direction. puts.
  • the second conductor (L2) is then again the power supply line and the fourth conductor (L4) the power return line.
  • the second conductive line (L2) and the fourth conductive line (L4) can then be considered as a second coil and produce a second magnetic flux (B 2 ).
  • the first magnetic flux (Bi) generated by the first coil (LI, L3) and the second magnetic flux (B 2 ) generated by the second coil (L2, L4) become within the boundary region by the superconducting boundary region (GG) of the present invention (GFB) modified. This changes the energy content of the fields.
  • the magnetic fields of the first coil (LI, L3) and the second coil (L2, L4) exert a force on the rotor (LF).
  • the rotor (LF) is for the purpose of mobility on the one hand via a first spring element (Si) and a second spring element (S 2 ) and optionally not visible on the cross section of Figure 35 further spring elements movable relative to the stator, the first through Coil (LI, L3) and the second coil (L2, L4) is formed, suspended.
  • the mobility is ensured by a cavity (CAV), which mechanically separates the rotor (LF) in its entire circumference and the spring elements (Si, S 2 ) from the carrier (Subi).
  • the superconducting subcomponent ie the substrate (G SU b) with the superconducting boundary region (GG)
  • the substrate (G SU b) with the superconducting boundary region (GG) can also be arranged in the stator and the first coil (LI, L3) and the second coil (L2, L4 ) can be registered on the runner.
  • the first coil (LI, L3) and the second coil (L2, L4 ) can be registered on the runner.
  • the superconducting layer package for incorporation of the invention at room temperature superconducting device parts by means of an adhesive (GL), the superconducting layer package, d. H. the first substrate (Gsub) with the actual superconducting boundary region (GG) in the boundary region (GFB), on the rotor (LF) and thus indirectly on the support (Subi) attached to the integrated microelectronic circuit.
  • the rotor LF which is resiliently mounted above spring elements (Si, S 2 ) above said support (Subi) with said exemplary Hall structure (HL), the first superconducting at room temperature
  • Substrate (G SU b consisting of GBi, GB 2 , GFB, GG) applied. This can be done, for example (but not only) by gluing or clamping with a non-magnetic material, here the adhesive (GL).
  • the Hall structure (HL) of Figure 35 is electrically contacted via the first contact (Kl) and the second contact (K2).
  • the metallization stack of FIG. 35 consists of a first insulation layer, preferably a first oxide (0X1), which is preferably a gate oxide, and a second insulation layer (0X2), preferably a second oxide.
  • two exemplary printed conductors (LI, L2) are placed, which can preferably be produced by means of photolithography in a micromechanical photolithographic manufacturing process.
  • An interaction now occurs between the current flow in the interconnects (LI, L2) and the superconducting boundary region (GG) at room temperature or the superconducting boundary surface (GF) at room temperature within the boundary region (GFB) of the substrate (Gsub).
  • the inductance of the conductor tracks (LI, L2) is changed by the proximity of the superconducting substrate (Gsub) at room temperature. More complex metallization stacks and doping structures within the carrier (Subi) are possible.
  • FIG. 36 shows the exemplary micromechanical electrical machine of FIG. 35 in an exemplary plan view.
  • the reference numerals of the exemplary visible surfaces are entered.
  • the first printed conductor (LI), the second printed conductor (L2), the third printed conductor (L3) and the fourth printed conductor (L4) are indicated by dashed lines. It is assumed that the carrier (Subi) still continues up and down and so can form the tracks for the first coil (LI, L3) and second coil (L2, L4) described above in Figure 35. This is not shown for clarity.
  • a first contact (K1), a second contact (K2), a third contact (K3) and a fourth contact (K4) are plotted for the van der-Pa uw structure of the Hall structure (HL).
  • the Hall structure (HL) may optionally be used as a sensor for determining the position of the rotor (LF). It is not absolutely necessary for the purely mechanical function.
  • FIG. 37 shows an exemplary flat coil with diagonal turns simplified schematically in cross section.
  • FIG. 38 shows the same flat coil in plan view.
  • the manufacturing process corresponds to one of the preceding manufacturing processes.
  • the coil winding is made of nem of the materials described above manufactured according to the invention superconducting properties.
  • the coil windings are then worked out of the first substrate (G SU b).
  • an insulator (IS) insulating layer
  • the connection is then made by a suitable metallization (M).
  • This may include, for example, aluminum, gold, platinum, iridium, iron, copper, magnesium, tin, zinc, lead, etc. Possibly. the turns in the connection area must be bevelled at their outer edge.
  • FIGS. 39 and 40 show two magnetically and / or electrostatically coupled conductor loops in cross-section and in plan view.
  • the manufacturing process corresponds to one of the preceding manufacturing processes.
  • the coil windings are manufactured from one of the above-described superconducting materials according to the invention.
  • a suitable substrate (G SU b) is again selected and applied to the carrier (Subi).
  • the coil windings are then worked out of the first substrate (G SU b).
  • a first substrate (G SU bi) and another substrate (G SU b2) are formed on the carrier (Subi).
  • Figure 41 corresponds to Figure 20 wherein an optical functional element, here an exemplary lens (OE) , electromagnetic radiation with the first substrate (G SU b) coupled. Furthermore, a coupling with an optically active optical waveguide (OA) takes place here.
  • an optical functional element here an exemplary lens (OE)
  • OE exemplary lens
  • OA optically active optical waveguide
  • the invention can also be described alternatively by one of the following feature groups, wherein the feature groups can be combined with each other as desired and also individual features of a feature group can be combined with one or more features of one or more other feature groups and / or one or more of the previously described embodiments are.
  • layer region means "layer” and "boundary surface” is to be understood as a special case of the border region within the boundary region between two layers with different graphite crystal structure.
  • a first substrate having at least two layer regions (G ⁇ 1, G ⁇ 2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common interface (GF) and
  • the first layer region consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite-2H) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer
  • the second layer region consists of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer, and
  • the interface (GF) at least partially, in boundary regions (GG), superconducting properties and wherein the interface (GF) at least partially a transition temperature (Tc), which is higher than -195 ° C and / or higher than - 100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or a critical magnetic flux density (Bk) at z. B.77 K, which is higher than IT and / or 50 T;
  • Tc transition temperature
  • Method according to feature 1.0 comprising the additional step Determining (2) the location of the superconducting region, the boundary region (GG), the interface (GF) within the substrate (Gsub) by means of a magnetic force
  • Microscopes or by means of another suitable measuring device for the distribution of a magnetic flux density or a magnetic field strength.
  • Feature 1.4 Microscopes (MFM) or by means of another suitable measuring device for the distribution of a magnetic flux density or a magnetic field strength.
  • a method of manufacturing a device according to one or more of the preceding features 1.0 to 1.8 u m f a s e d d i e s c h r i t t e
  • the second substrate can be electrically insulating or electrically normal conducting or electrically semiconducting p-type or electrically semiconducting n-type or electrically conductive;
  • the second substrate (SU B) a semiconducting electronic component, in particular, but not only, a diode, a PN diode, a Schottky diode, an ohmic resistance, a transistor, a PN P or PN P Bipola rtransistor , one Diac, a triode, an n- or p-channel MOS transistor, a pip, - or nin- or pin diode, a solar cell, and / or
  • the second substrate has a fluidic and / or microfluidic (MHD generator) and / or optical and / or micro-optical component device, and / or
  • An electronic or electrical component in particular but not limited to a flat coil or a capacitor, which is manufactured in microstructure technology on the second substrate or in this second substrate (SUB).
  • the electrically conductive layer (M) may be electrically normal conducting or electrically semiconducting of the p-type conductivity or electrically semiconducting of the n-type conductivity or electrically conductive metallic.
  • a method of manufacturing a device according to one or more of the preceding features 1.0 to 1.12 comprising the steps
  • Characteristic 1.14 A method of manufacturing a device according to the preceding features 1.0 to 1.13 comprising the steps
  • a sub-device comprising a first substrate (G SU b) having at least two layer regions (GBI, GB2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common interface (GF) and
  • the first layer region consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom, and
  • the second layer region consists of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) and
  • interface (GF) is an orientation of its surface normals has parallel to the hexagonal axis of symmetry (c) of the crystal lattice of the first layer region (GBI) and
  • interface (GF) is an orientation of its surface normals has parallel to the hexagonal axis of symmetry (d) of the crystal lattice of the second layer region (GR) and
  • the interface (GF) has a boundary region (GG) with superconducting properties and wherein the boundary region (GG) has a transition temperature (Tc) higher than
  • first substrate (G SU b) is structured so that the outer edge of the interface (GF) in at least a portion of the first substrate (G SU b) is changed by machining and
  • the interface (GF) has at least one electrical contact provided or adapted to electrically connect the interface (GF) to an electrical conductor.
  • the device has a superconducting device with a transition temperature (Tc) higher than -196 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or a critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K, which is higher than IT and / or 50 T;
  • Tc transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • At least one sub-device comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K. and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K higher than IT and / or 50 T.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Component according to feature 4.0 characterized in that the electrical superconductor comprises carbon.
  • Component according to feature 4.1 characterized in that the electrical superconductor has carbon in rhombohedral crystal structure (graphite 3R).
  • Characteristic 4.3 Component according to feature 4.1, characterized in that the electrical superconductor has carbon in Bernal crystal structure (graphite 2H).
  • That it has the shape of a longer rod
  • Temperature sensor dad urch characterized in that it is an electrical component according to characteristic 4.4.
  • Component according to feature 4.0 characterized in that its conductivity depends on an external magnetic field.
  • Characteristic 4.9 Component according to feature 4.8 characterized in that the superconducting substructure has a topological sex greater than 0.
  • Line (LI) according to feature 4.10, characterized in that it is guided at a distance to a second line (L3) by feature 4.12, so that electrical properties of this line (LI) depend on the current flow in the second line (L3).
  • That it is a cylindrical coil.
  • Component according to feature 4.0 characterized in that it is a resonator or a microwave resonator or an antenna or an oscillator.
  • Component according to feature 4.0 characterized in that it is part of an electrical capacitor.
  • Component according to feature 4.0 characterized in that it is or has a Josephson diode (TUi, TU2).
  • Component according to feature 4.17 characterized in that it is a Josephson memory (see DE2434997).
  • Component according to feature 4.11 characterized in that it is a quantum register bit.
  • At least one sub-device comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K. and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K higher than IT and / or 50 T.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • the subdevice is intended to be used for encoding data which is read out by means of the Faraday effect
  • Magnetic component characterized in that it comprises at least one sub-device comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C. and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K higher than IT and / or 50 T.
  • T c transition temperature
  • Magnetic component according to feature 6.1 characterized in that it is intended to be operated at a temperature below the critical temperature (T c ) and / or at an external magnetic field below the critical magnetic flux density (B c ).
  • Magnetic component according to feature 6.1 characterized in that, when used as intended, has a permanent magnetic field with a magnetic flux density (B) of more than 5 ⁇ .
  • Magnetic element according to feature 6.2 characterized in that it is a
  • Electric machine which may be a rotating machine (FIG. 35) or a linear motor, characterized in that it comprises at least one partial device (G SU b) comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -50 ° C and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Mobile device characterized in that it comprises at least one sub-device comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Energy storage characterized in that it comprises at least one sub-device comprising an electrical superconductor having a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher as 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Medical device characterized in that it comprises at least one sub-device comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Measuring device dad urch characterized in that it comprises at least one sub-device comprising an electrical superconductor having a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • a sub-device comprising a first substrate (G SU b) having at least two layer regions (GBI, GB 2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common interface (GF) and
  • the first layer region consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom
  • the second layer region consists of graphite with rhomboed rischer crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) and
  • the interface (GF) has an orientation of its surface normals (IIF) parallel to the hexagonal axis of symmetry (c) of the crystal lattice of the first layer region (G BI) and
  • the interface (GF) has an orientation of its surface normal (np) parallel to the hexagonal axis of symmetry (d) of the crystal lattice of the second layer region (G B2) and
  • the interface (GF) has a boundary region (GG) with superconducting properties and wherein the boundary region (GG) has a critical temperature (Tc) which is higher than
  • Bk critical magnetic flux density
  • first substrate (G SU b) is structured such that the outer edge of the interface (GF) in at least a portion of the first substrate (G SU b) is changed by machining and
  • the interface (GF) has at least one electrical contact provided or adapted to electrically connect the interface (GF) to an electrical conductor.
  • G SU b has at least one sub-device (G SU b) which has an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • first sub-device of a first substrate having at least two layer regions (GBI, GB2), and
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GBI) are arranged one above the other and have a common interface (GF) and
  • the first layer region (GBI) or the second layer region (GBI) is arranged above the Hall measurement structure (HL).
  • the first layer region consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer, and
  • the second layer region consists of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer, and
  • interface (GF) is an orientation of its surface normals has parallel to the hexagonal axis of symmetry (c) of the crystal lattice of the first layer region (GB) and
  • interface (GF) is an orientation of its surface normals parallel to the hexagonal axis of symmetry (d) of the crystal lattice of the second layer region (GR)
  • the interface (GF) has a boundary region (GG) with at least partially superconducting properties and wherein the boundary region (GG) at least partially has a transition temperature (Tc) which is higher than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K, which is greater than 1 T and / or 50 T.
  • Tc transition temperature
  • G SU b having at least one sub-device (G SU b), which is an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • said first sub-device is a first substrate (Gsub) having at least two layer regions (GBI, GB2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common interface (GF) and
  • the first layer region (GBI) is a crystal of carbon with a first crystal structure
  • the second layer region (GB2) is a second crystal of carbon with a first or second crystal structure
  • the interface (GF) has a boundary region (GG) with at least partially superconducting properties and wherein the boundary region (GG) at least partially has a transition temperature (Tc), which is higher than -195 ° C and / or higher than - 100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or a critical magnetic flux density (Bk) at z. B. 77 K, which is higher than IT and / or 50 T.
  • Tc transition temperature
  • the first layer region (G BI) or the second layer region (GB2) is disposed above or in the vicinity of a Hall measurement structure (HL) or another magnetic field-sensitive sensor or sensor element, Where proximity means that a magnetic field generated by a current in the interface (GF) or the first layer region (GBI) or the second layer region (GB2), a parameter, in particular a measurement signal, the Hall measurement structure (HL ) or the other magnetic sensitive sensor or sensor element can change.
  • HL Characterized by an electronic sub-device (HL, FIG. 13), in particular a Hall measurement structure (HL), which changes an electrical parameter as a function of a magnetic field magnitude or of another parameter of the electromagnetic field,
  • G SU b has at least one sub-device (G SU b), ie an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or an electrical superconductor with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • the first sub-device of a first substrate has at least two layer regions (GBI, GB2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common interface (G F) and
  • At least the first layer region (G BI) or the second layer region (GB2) is disposed over the Hall measurement structure (HL) angeord net.
  • the first layer region (GBI) consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer
  • the second layer region (GB2) consists of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer
  • the interface (GF) has an orientation of its surface normals (IIF) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the first layer region (GBI) and
  • the interface (GF) has an orientation of its surface normal (np) parallel to the hexagonal symmetry axis (d) of the crystal lattice of the second layer region (GB2)
  • the interface (GF) has a boundary region (GG) with at least partially superconducting properties and wherein the boundary region (GG) at least partially has a transition temperature (Tc) which is higher than
  • the interface (GF) at least partially a critical magnetic flux density (Bk) at z. B.77 K, which is higher than 1 T and / or 50 T.
  • Microelectronic circuit in particular integrated circuit, characterized
  • G SU b comprises at least one sub-device (G SU b) comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or an electric superconductor having a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Micromechanical device characterized by:
  • G SU b comprises at least one sub-device (G SU b) comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or an electric superconductor having a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • G SU b comprises at least one sub-device (G SU b) comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or an electric superconductor having a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Microoptical device characterized in that it comprises at least one optical waveguide section which is suitable or provided such that its optical properties depend, at least temporarily, on a magnetic field generated by said sub-device.
  • G SU b sub-device
  • G SU b sub-device
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Optical fiber is measurable.
  • Microfluidic device characterized by:
  • G SU b which is an electrical Supralei- ter with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C. and / or higher than 360 K and / or an electric superconductor having a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • B.77 K is higher than 1 T and / or 50 T.
  • a method of making an electrical or electronic or optical or magnetic device comprising the steps
  • the substrate (G SU b) has at least one subregion comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than - 100 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • a method of making an electrical or electronic or optical or magnetic device comprising the steps
  • the first substrate (G SU b) has at least one subregion comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (B k ) at z.
  • T c transition temperature
  • B k critical magnetic flux density
  • G SU b comprises at least one sub-device (G SU b) comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • G SU b has at least one sub-device (G SU b) which has an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • G SU b comprises at least one sub-device (G SU b) comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than 360 K and / or the critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • At least one conductor W, Wla, Wlb, W2a, W2b
  • at least one first phase-leading weak point TUi
  • the at least one conductor (W) is at least partially and at least in the region of the first phase difference-introducing weak point (TUi) made of a material comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than - 195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • first conductor branch (Wla, Wlb) and the second conductor branch (W2a, W2b) are arranged so that they at least partially enclose an area such that an opening (Ol) forms between the conductor branches and
  • the conductor (W) is at least partially made of a material comprising an electrical superconductor having a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (B k ) at z.
  • B. 77 K is higher than IT and / or 50 T.
  • phase difference-introducing weak point is formed by a local modification of the graphene layer stack sequence
  • phase difference-introducing weak point is formed by normal room temperature at room temperature range or
  • phase difference-introducing weak point is formed by non-superconducting graphite regions within the conductor (W) at temperatures greater than -195 ° C.
  • phase difference-introducing weak point is formed by a reduction of at least one cross-sectional dimension, in particular the width and / or thickness, of the conductor (W).
  • a phase difference-introducing weak point (TUi, TU2) is covered with a control electrode (Gl, G2) which is electrically insulated from the conductor (W).
  • the conductor (W) is manufactured on an electrically nonconductive support (Subi) or an electrically semiconductive support (Subi) or an electrically insulating support (Subi) at temperatures greater than -195 ° C,
  • the electrical circuit comprises at least one electrical component and / or quantum interference component according to one of the preceding features.
  • FIG. 34 Electrical circuit (FIG. 34) according to feature 31 Wherein it comprises an electrical component and / or quantum interference component according to 30.6 feature and
  • first conductor section (Wla) can be electrically contacted by means of a first node (Nl) ohmic or capacitive or inductive, and
  • the second conductor section (Wlb) can be capacitively contacted via a second node (N2) by means of a coupling capacitance (C g ),
  • the conductor (W) is divided into a first conductor portion (Wla) and a second conductor portion (Wlb) and a third conductor portion (W0b) by the first phase-end inferring vulnerability (TUi) and a second phase-difference-inducing vulnerability (TU2) ) is divided and • wherein the first conductor section (Wla) can be electrically contacted by means of a first node (Nl) ohmic or capacitive or inductive, and
  • the second conductor section (Wlb) can be capacitively contacted via a second node (N2) by means of a coupling capacitance (C g ),
  • each of the metamaterial substructures (MTSy), which is not at the edge of the metamaterial, together with the metamaterial substructures adjacent to it (MTS (i + i), j, MTS (ii), j, MTSi, (j + i) , MTSi, (ji)) represents at least one sub-device of a quantum interference component.
  • each of the metamaterial substructures has at least one associated conductor (Wi, j)
  • said conductor (Wi, j) is at least partially made of a material comprising an electrical superconductor having a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • MTSi, (j + i), MTSi, (ji)) introduce phase-shifting weak points (TUIJJ, TU 0 , i, j, TU 0 , i, oi), TU 0 , (i + i), j), in particular Josephson Connections (English: Josephson junctions), are connected.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • a sub-device comprising a first substrate (G SU b) having at least a first layer region (GBI) and a second layer region (GB 2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common first interface (GFI) between the first layer region (GBI) and the second layer region (GB2), and
  • the first layer region (GBI) consists of graphite with a first stacking sequence of at least 3 graphene layers
  • the second layer region (GB2) consists of graphite with a second stacking sequence of graphene layers
  • the total stacking sequence with the first stacking sequence of the first layer region (GBI) and the second stacking sequence of the second layer region (G B2) and the common interface (GF) together does not correspond to the first stacking sequence of the first layer region (GBI)
  • transition temperature (Tc) is higher than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or
  • the first interface has an orientation of its first surface normal (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the Graphene layers of the first layer region (GBI) and
  • the first interface has an orientation of its first surface normal (nFi) parallel to the hexagonal symmetry axis (d) of the crystal lattice of the graphene layers of the second layer region (G B2). Feature 38.4
  • the first substrate (G SU b) is structured so that the outer edge of the first interface (GFI) in at least a portion of the first substrate (G SU b) is changed by processing.
  • first interface (GFI) or a boundary region (GFB) of which part is the first interface (GFI) has at least one electrical contact (K) provided or suitable for the first interface (GFI) or the boundary region (GFB), part of which is the first interface (GFI) to electrically connect to an electrical conductor.
  • first interface GFI
  • GFI boundary region
  • GFI boundary region
  • K electrical contact
  • GFI Boundary region
  • first stacking sequence of the first layer region (GBI) and / or the second stacking sequence of the second layer region (GB2) is the stacking sequence of natural graphite or the stacking sequence of rhombohedral graphite.
  • first stacking sequence of the first layer region is equal to the second stacking sequence of the second layer region (GB2), but the second stacking sequence is offset from the first stacking sequence by a translational displacement vector along the first interface (GFI) and / or first stack sequence is rotated by a non-zero angle about a surface normal of the first interface (GFI).
  • first stacking sequence of the first layer area (GBI) is not equal to the second stacking sequence of the second layer area (GB2).
  • An electrical or optical or magnetic or electronic device Comprising a sub-device comprising a first substrate (Gsub) having at least a first layer region (GBI) and a second layer region (GB2) and additionally a third layer region (GB3),
  • the second layer region (GB2) and the third layer region (GB3) are arranged one above the other and have a common second interface (G F2) between the second layer region (GB2) and the third layer region (GB3), and
  • d ritte layer region consists of graphite with a third stacking sequence of at least 3 graphene layers
  • the second layer region can also comprise only one graphene layer or only two graphene layers or at least three graphene layers, and
  • the second overall stacking sequence with the second stacking sequence of the second layer region (GB2) and the third stacking sequence of the third layer region (GB3) and the second interface (GF2) together does not correspond to the second stacking sequence of the second layer region (GB2).
  • the second interface (GF2) has an orientation of its second surface normal (nF2) parallel to the hexagonal symmetry axis (c) of the crystal lattice of the graphene layers of the third layer region (GB3) and
  • the second boundary surface (GF2) has an orientation of its surface normals (nF2) parallel to the hexagonal symmetry axis (d) of the crystal lattice of the graphene layers of the second layer region (G B2)
  • the third stacking sequence of the third layer region (GB3) is the stacking sequence of rhombohedral graphite or wherein the third stacking sequence of the third layer region (G B3) is the stacking sequence of bernal graphite.
  • first stacking sequence of the first layer region is equal to the third stacking sequence of the third layer region (GB3), but the stacking sequence is offset from the first stacking sequence by a translatory along the first interface (GFI) and / or
  • the first stacking sequence of the first layer region (GBI) is equal to the third stacking sequence of the third layer region (GB3), but the stacking sequence is rotated by a non-zero angle with respect to the first stacking sequence around the surface normal of the first interface (GFI) ,
  • the second stacking sequence of the second layer region (GB2) is equal to the third stacking sequence of the third layer region (GB3), but the third stacking sequence is offset from the second stacking sequence by a translational along the second interface (GF2) and / or
  • the second stacking sequence of the second layer region (GB2) is equal to the third stacking sequence of the third layer region (GB3), but the third stacking sequence is rotated relative to the second stacking sequence by a non-zero angle about the surface normal of the second interface (GF2).
  • the first layer region (GBI) arranged in the first stacking sequence (GBI) comprises at least three and / or at least six and / or at least 10 and / or at least 20 and / or at least 50 and / or at least 100 graphene Includes layers and / or
  • the second layer region (GB2) arranged in the second stacking sequence (GB2) comprises at least one graphene layer and / or at least two and / or three and / or at least six and / or at least 10 and / or at least 20 and / or at least 50 and / or at least 100 graphene layers.
  • the third layer region (GB3) which is arranged in the third stacking sequence (GB3), contains at least three and / or at least six and / or at least 10 and / or at least 20 and / or at least 50 and / or at least 100 graphene Includes layers.
  • At least one graphene layer of the first substrate (G SU b) is doped by foreign atoms, in particular oxygen atoms and / or hydrogen atoms.
  • At least one graphene layer of the first substrate (G SU b) is isotope pure and / or
  • At least one graphene layer of the first substrate has a compared to living organic biological material of the earth's surface at least 10% better 50%, better 100% different concentration of C 13 isotopes.
  • a method of transporting electrical charge carriers through a device according to one or more of the preceding features 38.0 to 38.19
  • Electric machine which may be a rotary machine, a linear motor, characterized by
  • That it comprises at least one sub-assembly at least partially made of a material comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • the superconducting sub-device (G SU b) is part of a rotor and / or a rotor (LF) and / or a stator of the machine.
  • the sub-device comprises a first substrate (Gsub) comprising at least two layer regions (GBI, GB2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common boundary region (GFB) and
  • the first layer region consists of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers with a respective thickness of exactly one atom, and
  • the second layer region consists of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) and
  • border area is an orientation of its surface normals has parallel to the hexagonal axis of symmetry (c) of the crystal lattice of the first layer region (GBI) and
  • border area is an orientation of its surface normals has parallel to the hexagonal axis of symmetry (d) of the crystal lattice of the second layer region (GB2) and
  • the boundary region (GG) has superconducting properties and wherein this subregion, the boundary region (GG), has a transition temperature (Tc) higher than -195 ° C and / or higher as - 100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or a critical magnetic flux density (Bk) at z. B.77 K, which is higher than IT and / or 50 T.
  • Tc transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • Electric machine according to one or more of the preceding features 39.0 to 39.2, characterized in that the electrical superconductor comprises carbon. Characteristic 39.4
  • the electrical superconductor has carbon in Bernal crystal structure (graphite 2H).
  • the dividing device comprises a first substrate (G SU b) comprising at least a first layer region (GBI) and a second layer region (GB2),
  • first layer region (GBI) and the second layer region (GB2) are arranged one above the other and have a common first interface (G FI) between the first layer region (GBI) and the second layer region (GB2), and
  • the first layer region (GBI) consists of graphite with a first stacking sequence of at least 3 graphene layers
  • the second layer region (GB2) consists of graphite with a second stacking sequence of graphene layers
  • the total stacking sequence with the first stacking sequence of the first layer region (GBI) and the second stacking sequence of the second layer region (GB2) and the common interface (GF) together does not correspond to the first stacking sequence of the first layer region (GBI)
  • first stacking sequence of the first layer region (GBI) and / or the second stacking sequence of the second layer region (GB2) is the stacking sequence of natural graphite or the stacking sequence of rhombohedral graphite.
  • the subdevice comprises a first substrate (Gsub) having at least a first layer area (GBI) and a second layer area (GB2) and additionally a third layer area (GB3),
  • the second layer region (GB2) and the third layer region (GB3) are arranged one above the other and have a common second interface (GF2) between the second layer region (GB2) and the third layer region (GB3), and
  • the third layer region (GB3) consists of graphite with a third stacking sequence of at least three graphene layers
  • the second layer region can also comprise only one graphene layer or only two graphene layers or at least three graphene layers, and
  • the third stacking sequence of the third layer region (G B3) is the stacking sequence of rhombohedral graphite or Wherein the third stacking sequence of the third layer region (GB3) is the stacking sequence of bernal graphite.
  • stator (Subl) and / or the rotor (LF) comprises a sub-device which is at least partially made of a material comprising an electrical superconductor with a transition temperature (T c ) greater than -195 ° C and / or higher than -100 ° C and / or higher than -50 ° C and / or higher than 360 K and / or with a critical magnetic flux density (Bk) at z.
  • T c transition temperature
  • Bk critical magnetic flux density
  • stator (Subl) and the rotor (LF) by means of this sub-device to each other exert a force that is magnetic or electrostatic origin.
  • the runner (LF) being intended to
  • Graphite layer benzene rings, etc.
  • Graphene is the common name for a modification of carbon with a two-dimensional structure, in which each carbon atom is surrounded at an angle of 120 ° by three others, so that a honeycomb-shaped pattern is formed.
  • Graphite is typically composed of graphene layers in rhombohedral or bernary stacking order.
  • Graphene layer or graphene layer
  • a graphene layer has, at least at one point, at least one benzene ring, better the linking of at least two or more than two benzene rings.
  • Graphene is the name given to a modification of carbon with a two-dimensional structure in which each carbon atom is surrounded by three others at an angle of 120 ° so that a honeycomb-shaped pattern is formed.
  • each "honeycomb” must have two double bonds, which are not localized: it is a chain of benzene rings that often occurs in aromatic compounds, although a single benzene ring has three double bonds in the representation of the valence bar formula In this way, contiguous benzene rings have only two formal double bonds per ring, so the structure can be better described by representing the delocalized bonds as a large circle in the benzene ring.
  • the bond relationships in the graphene are described in the graph structure It is necessary to attach other atomic groups to the "edge" of the honeycomb lattice, but these, depending on their size, hardly alter the properties of graphene.
  • Graphene can be understood on the one hand as a single crystal, on the other hand as a giant molecule. Likewise, smaller molecules such. As benzene, hexabenzocoronene or naphthalene can be seen as a hydrogen-substituted graphene fragments. "Thus, when in this application of graphene layers is mentioned, including graphene segments and graphene fragments are included.
  • Microtechnology also microstructure technology deals with processes that are used for the production of bodies and geometric structures with dimensions in the micrometer range (0.1-1000 ⁇ ). Structure sizes of less than 100 nanometers are indeed called nanotechnology. However, they are included in the terms of this disclosure by the terms microstructure technology and microtechnology. microelectronic circuits
  • Microelectronic circuits in the sense of this disclosure are electrical circuits and devices that have been produced at least partially by microstructure / micro-technology / nanotechnology techniques. micromechanical devices
  • Micromechanical devices in the sense of this disclosure are mechanical devices that have been produced at least partially by microstructure / microengineering / nanotechnology techniques.
  • micro-optical devices Micro-optical devices in the sense of this disclosure are optical devices that have been produced at least partially by microstructure / microengineering / nanotechnology techniques.
  • microfluidic devices
  • Microfluidic devices in the sense of this disclosure are in the broadest sense micromechanical devices which serve the transport, modification or other treatment of at least partially gaseous and / or at least partially liquid fluids and which have been produced at least partially by microstructure / microengineering / nanotechnology techniques ,
  • a metamaterial has a structure whose propagation-describing parameters for electric, magnetic, electromagnetic fields and waves, as well as acoustic waves and plasma waves, deviate from those commonly found in nature. This is achieved by mostly periodic one-, two- and / or three-dimensional structures (cells, individual elements) of electrically or magnetically or electromagnetically or acoustically effective materials in their interior. Metamaterials can have a negative real part of the complex refractive index. When passing from vacuum to such a metamaterial, waves can be broken beyond the perpendicular in the negative direction. Metamaterials may also have impurities that can be used for waveguiding.
  • the material used is at least partially a superconducting material in the sense of this invention as electrically or magnetically or electromagnetically or acoustically effective material.
  • Room temperature superconductors A room temperature superconductor is a superconducting electrical conductor at room temperature (20 ° C), which superconductivity can be detected in particular in a way described in the application.
  • B graphene layer with positioning B; Bi first magnetic flux;
  • BE micromechanical bars in Figures 35 and 36, a free-floating plate
  • Bk critical magnetic flux density Bk critical magnetic flux density
  • graphite 2H graphite with bernaler crystal structure
  • rhombohedral crystal structure English rhombohed ral, Graphite-3R
  • the first layer region is also referred to only briefly as the first layer; GB2 second subset of graphene layers or second layer region in a second stacking sequence of graphene layers, preferably of graphite with rhombohedral crystal structure (English rhombohedral, graphite-3R) less preferably of graphite with Bernal crystal structure (graphite-2H) with at least one atomic layer (graphene layers) with a thickness of one atom per atomic
  • the second layer region is also referred to only briefly as the second layer
  • GB3 third subset of graphene layers or third layer region in a third stacking sequence of graphene layers preferably of graphite with Bernal crystal structure (graphite 2H) with at least 3 atom layers (graphene layers) with a respective thickness of exactly one atom per atomic layer.
  • the third layer region is also referred to only briefly as the third layer;
  • GFB2 second boundary region of one or more graphene layers in a more general sense
  • GFI first border area and in particular first interface between the first
  • GND2 second ground plane
  • Gsub substrate comprising at least two layer regions (GBI, GB2) and at least one interface (GF or GFI); HL Hall structure. This is an exemplary Hall structure in cross section;
  • the first printed conductor is preferably produced by means of photolithographic etching processes from a first metallization layer in the course of the production process.
  • the first metallization layer is deposited on the first insulator layer (0X1). In the area of the contacts (Kl, K2), the first metallization is applied directly to the semiconductor substrate of the carrier (Subi);
  • the second interconnect is preferably worked out by means of photolithographic etching processes from a first metallization layer in the course of the production process.
  • the first metallization layer is deposited on the first insulator layer (0X1). In the area of the contacts (K1, K2), the first metallization is applied directly to the semiconductor substrate of the carrier (Subi);
  • the third interconnect is preferably produced by means of photolithographic etching processes from a second metallization layer in the course of the production process.
  • the second metallization layer is deposited on the second insulator layer (0X2). In the area of the contacts (K1, K2) it is preferred, but not necessarily, for the second metallization to be applied directly to the first metallization; LF micromechanical rotor (LF) of the proposed micromechanical machine;
  • N3 third node N3 third node; riF surface normal of the surface (OF);
  • OA optically active layer e.g., layer exhibiting electro-optic effect, for example, the Kerr effect
  • the carrier is made of semiconducting material.
  • the carrier may also include an integrated circuit;
  • OGF upper interface of the substrate (G SU b) parallel to the graphene layers of the boundary region (G FB) after preferential thinning;
  • OX insulator typically S1O2 or silicon nitride or silicon nitride.
  • Other insulators such as e.g. Polyimide are conceivable;
  • 0X1 first insulator layer typically S1O2 or silicon nitride or silicon nitride.
  • insulators such as e.g. Polyimide are conceivable. Particularly preferred is the use of a gate oxide as the first insulator layer;
  • 0X2 second insulator layer typically S1O2 or silicon nitride or silicon nitride.
  • insulators such as e.g. Polyimide are conceivable .
  • OX3 third insulator layer typically S1O2 or silicon nitride or silicon nitride.
  • insulators such as e.g. Polyimide are conceivable;
  • the polycrystalline silicon layer must be selected from its material so as to be selectively etchable with respect to the second insulator layer (OX2) and the third insulator layer (0X3);
  • Subi carrier SUB second substrate, which may be a microelectronic circuit, for example.
  • the second substrate (SUB) may be identical to the carrier (Subi);
  • TUi first phase-shifting vulnerability typically a Josephson junction
  • TU2 second phase-shifting vulnerability typically a Josephson junction
  • TU 0 , i, j top phase shift introducing vulnerability for establishing connection between the conductor (Wy) of the metamaterial substructure (MTSy) in the i th column and the j th row of the metamaterial and the conductor (Wi, ji) of the metamaterial substructure ( MTSi, ji) in the i-th column and the (jl) -th row of the metamaterial, typically a Josephson junction;

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Abstract

Ein Bauelement für elektrische, magnetische oder optische Anwendungen umfasst zumindest zwei aneinander angrenzende Schichten (GB1, GB2) mit einem gemeinsamen Grenzbereich (GFB), wobei die erste Schicht Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) und die zweite Schicht Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (Graphit-3R) aufweist. Der Grenzbereich weist mindestens ein Grenzgebiet (GG) auf, das supraleitende Eigenschaften mit einer Sprungtemperatur (Tc) höher als 78 K und/oder einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) höher als 1 T aufweist.

Description

GRAPHIT-SUPRALEITER UND DESSEN ANWENDUNG
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 10 2017 004 103.2 vom 7. April 2017, 10 2017 107 597.6 vom 7. April 2017, 10 2017 004 141.5 vom 24. April 2017, 10 2017 109 759.7 vom 7. Mai 2017, 10 2017 111 577.3 vom 28. Mai 2017, 10 2017 129 365.5 vom 10. Dezember 2017 und 10 2017 129 364.7 vom 10. Dezember 2017 in Anspruch, deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehören.
Stand der Technik
Methoden zur Graphitherstellung sind seit langem aus der Patentliteratur bekannt. Zu nennen wäre hier beispielsweise die US-A-836 355, CA-A-764 889, CA-A-702 962, CA-A-238 795, CA-A-717 458, CA-A-632 113. Aus der DE-A-3 602 330 und der CN-B-102 800 382 ist die Herstellung von Graphitfasern bekannt. Auch die Verwendung von Graphit für elektrische Bauelemente ist seit langem bekannt. Es sei hier an Edisons Glühbirne erinnert. Aus der US-B-8 964 491 ist eine Graphen-basierende Speicherzelle bekannt. Dabei wird ein Stapel aus Graphen-Schichten verschiedenen elektrischen Bedingungen ausgesetzt. Aus dieser Schrift ist auch bekannt, dass unterschiedliche Stapelungen von Graphen (siehe Figur 3 der US-B-8 964 491 und entsprechende Beschreibung in der US-B-8 964 491) wesentlich unterschiedliche Bandlücken aufweisen können. Aus dem Stand der Technik ist Graphen als zweidimensionale flächenhafte Anordnung von Kohlenstoff-Atomen bekannt. Eine Graphen-Schicht ist also ein zweidimensionaler Kristall von Kohlenstoff-Atomen. Graphen ist im Stand der Technik die Bezeichnung für eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom im Winkel von 120° von drei weiteren umgeben ist, so dass sich ein bienenwabenförmiges Mus- ter ausbildet. Da Kohlenstoff vierwertig ist, müssen dabei je„Wabe" zwei Doppelbindungen auftreten, die jedoch nicht lokalisiert sind. Es handelt sich um eine Verkettung von Benzolringen, wie sie in aromatischen Verbindungen oft auftritt. Graphen lässt sich als polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff beschreiben. Am„Rande" des Wabengitters müssen andere Atomgruppen angedockt sein, die aber je nach dessen Größe die Eigenschaften des Graphens kaum verändern. Unendlich ausgedehnte und überall flache strikt zweidimensionale Strukturen sind allerdings aufgrund eines rigorosen mathematischen Theorems, des Mer- min-Wagner-Theorems und seiner Varianten, nicht möglich, da sie nachweislich thermody- namisch instabil sind.
Aus der Schrift US-B-8 247 060 ist eine nicht supraleitende Graphit-basierende Struktur für Abschirmaufgaben bekannt. Die in der US-B-8 247 060 offengelegte technische Lehre nutzt den Diamagnetismus der Graphen Ebenen, um angelegte Magnetfelder abzuschirmen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Diamagnetismus eine der Ausprägungsformen des Magnetismus in Materie ist. Diamagnetische Materialien entwickeln in einem externen Magnetfeld ein induziertes Magnetfeld in einer Richtung, die dem äußeren Magnetfeld entgegengesetzt ist. Diamagnetische Materialien haben die Tendenz, aus einem inhomogenen Magnetfeld herauszuwandern. Ohne äußeres Magnetfeld haben diamagnetische Materialien kein eigenes Magnetfeld, sie sind nichtmagnetisch. Der Proportionalitätsfaktor der Feld- abschwächung wird durch die relative Permeabilität μΓ (bzw. die magnetische Suszeptibilität χ = μΓ- 1) bestimmt und ist bei Diamagneten kleiner als 1.
In der Physik werden alle Materialien mit negativer magnetischer Suszeptibilität und ohne magnetische Ordnung als diamagnetisch klassifiziert. Die am stärksten diamagnetischen Elemente unter Normalbedingungen sind Wismut und Kohlenstoff. Durch die Strukturierung in kleine Teilflächen kann gemäß der US 8 247 060 B2 bei höheren Temperaturen ein einem Supraleiter ähnliches Verfahren erzielt werden als dies zum Zeitpunkt der Anmeldung der US-B-8 247 060 für Supraleiter bekannt war. So heißt es z.B. in Spalte 1, Zeile 65 bis Spalte 2 Zeile 1 der US-B-8 247 060: "The metamaterial structures dis- closed herein are capable of operating at higher T than a metamaterial based on a supercon- ductor." Dies bedeutet übersetzt: "Die hierin offenbarten Metamaterialstrukturen sind in der Lage, bei höherem T zu arbeiten als ein Metamaterial auf der Basis eines Supraleiters." In Spalte 3 Zeile 32 bis 34 der US-B- 8 247 060 heißt es: "The approximation, x(0)~cos2 0, also can be used for the fit (similarly to superconductor-based metamaterials)." Dies heißt übersetzt: "Die Approximation, χ (Θ) ~ cos2 Θ, kann auch für die Näherung (ähnlich wie supraleiterbasierte Metamaterialien) verwendet werden." Der in der Schrift US-B-8 247 060 für die Abschirmung genutzte Effekt ist somit der Landau-Diamagnetismus von Graphit (Vergleiche auch: Y. Kopelevich et al., J.; Ferromagnetic- and Superconducting-Like Behavior of Graphite; Low Temp. Phys. 119, 691 (2000), P. Esquinazi et al., Ferromagnetism in oriented graphite samples; Phys. Rev. B 66, 024429 (2002), M. P. Sharma et al., Diamagnetism of Graphite Phys. Rev. B 9, 2467 (1974), M. Koshino et al. und Magnetic field Screening and mirroring in graphene; Phys. Rev. Lett. 102, 177203 (2009)). Die US-B- 8 247 060 offenbart beispielsweise in Spalte 3, Zeilen 63 bis 66 der US 8 247 060 B2, dass der in der US-B- 8 247 060 beschriebene Effekt auf Basis des Diamagnetismus des Graphits bei einer bemalen Kristallstruktur des Graphits auftritt.
Aus verschiedensten Publikationen sind Bauelemente mit bei Tieftemperatur supraleitenden Strukturen bekannt. Als eines von unzähligen Beispielen kann hier die US-A-2015/0 080 223 genannt werden. Als Supraleitung bei Tieftemperatur sei hier eine Sprungtemperatur Tc zu verstehen, die kleiner als 0°C ist. Diese Vorrichtungen müssen also bei Raumtemperatur (typ. 20°C) gekühlt werden.
Beispielsweise aus T. A. Coombs, et al.„Superconducting Micro-Bearings" IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 15, No. 2, June 2005 ist bekannt, dass der Stator eines Mikromotors aus supraleitendem Material gefertigt werden kann. Dem Fachmann ist damit offenbar, dass auch der Rotor aus supraleitendem Material gefertigt werden kann. Die Anwendung für die Positionierung von Satelliten ist beispielsweise aus N. Shams,„Motion Equations and Model of High Temperature Superconductor (HTS) Momentum Wheel Pro- posed for altitude control of Micro/Nano Satellites", 3rd International Conference on Recent Advances in Space Technologies, 2007. RAST '07., 14-16 June 2007 bekannt. Ein supraleitender Aktuator ist beispielsweise bekannt aus Y. K. Kim et al.„Fabrication and Testing of A Micro Superconducting Actuator using the Meissner Effect" IEEE Proceedings on Micro Electro Mechanical Systems, An Investigation of Micro Structures, Sensors, Actuators, Machines and Robots. 11-14 Feb. 1990, Napa Valley, CA, USA. Aus A. Gonzälez-Parada et al.,„Application of HTS BSCCO Tapes in an I ronless Axial Flux Su- perconductor Motor" I EEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 22, No. 3, June 2012, ist ein elektrischer Motor mit supraleitenden Teilkomponenten bekannt.
Allen diesen Dokumenten aus dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass sie kein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer supraleitenden Teilvorrichtung angeben, die eine Sprungtemperatur oberhalb der Raumtemperatur (typischerweise 293 K) aufweisen. Auch geben sie kein solches Verfahren für Teilvorrichtungen an, die eine Sprungtemperatur oberhalb von 200 K angeben. Ebenso offenbaren sie keine Vorrichtungen mit Teilvorrichtungen an, die eine Sprungtemperatur oberhalb von 200 K bzw. 293 K besitzen. Damit wird im Stand der Technik eine mitunter starke Kühlung des Materials oder der Bauteile benötigt, um d iese im supraleitenden Bereich betreiben zu können. Das ist nicht alltagstauglich, und weder praktikabel noch wirtschaftlich.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement anzugeben, das zumindest eine vorzugsweise bei Raumtemperatur supraleitende Teilstruktur (GG) aufweist. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements und ein geeignetes Material zur Fertigung der supraleitenden Teilstruktur (GG) angegeben werden.
Erfindung
Diese Aufgabe wird erfind ungsgemäß durch ein Bauelement gemäß Anspruch 1 und/oder ein Verfahren nach Anspruch 7 und/oder eine Verwend ung nach Anspruch 11 gelöst. Einzelne Ausgestaltungen der Erfind ung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Sinngemäß sieht die Erfind ung vor, als supraleitende Komponente eines Bauelements für elektrische und/oder optische und/oder magnetische und/oder elektronische Anwendungen ein Graphit-Substrat zu verwenden, das mindestens einen Grenzbereich mit mindestens ei- nem Grenzgebiet aufweist, wobei das Grenzgebiet supraleitend ist. Der Grenzbereich ist definiert als Übergang einer ersten Schicht des Graphit-Substrats zu einer zweiten Schicht, wobei sich d iese beiden Schichten durch die Stapelfolgen von Graphen-Lagen bzw. -Schichten unterscheiden. I m Sinne der Erfind ung sind zwei Graphit-Substratschichten verschieden, wenn sie unterschiedliche Kristallstrukturen oder aber zueinander versetzte Kristallstrukturen aufweisen, die pro Schicht gleich oder verschieden sein können.
Bei einer derartigen Konstellation bildet sich zwischen den beiden Schichten ein Grenzbereich, innerhalb dessen mindestens ein Grenzgebiet existiert, das supraleitende Eigenschaf- ten aufweisen kann. Graphit-Materialien mit einer derartigen Konstellation müssen typischerweise aus natürlichem oder künstlich hergestelltem Graphit selektiert werden, wie unten noch beschrieben werden wird Supraleitend ist ein Grenzgebiet innerhalb des Grenzbereichs, wenn mit Hilfe einer MFM (Magnetic Force Microscopy) nachgewiesen wird, dass ein einmal induktiv eingeprägter elektrischer Strom über einen langen Zeitraum (typischerweise mindestens 1 Tag, besser zwei oder mehr Wochen) konstant bleibt, wie u.a. in Stiller, Markus; Esquinazi, P; Precker, Christian; Barzola-Quiquia, Jose;„Local magnetic measurements of permanent current paths in a natural graphite crystal" (2017) beschrieben. Konstant in diesem Sinne ist eine Änderung der Stromstärke um weniger als 25% besser weniger als 10%, besser weniger al. 5% gegenüber der Messung des Stroms zu Beginn. Die in dem ge- nannten Paper beschriebene Methode des Nachweises der Aufrechterhaltung eines Kreisstroms ist erfindungsgemäß als ein Verfahren anzusehen, mit dem sich die im Sinne der Erfindung supraleitenden Eigenschaften in der Graphit-basierten Struktur, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, nachweisen lässt.
Im Rahmen der Erfindung konnte festgestellt werden, dass sich in dem besagten Grenzge- biet, das wie der Grenzbereich zweidimensional oder dreidimensional sein kann, bei einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von 0 Tesla sowie bei einer Sprungtemperatur, die höher als -195°C, insbesondere höher als -100°C, vorzugsweise höher als -50°C und vornehmlich höher als ca. 85°C (nämlich 360 K) ist, supraleitende Eigenschaften einstellen. Bei einer höheren Stromdichten und höheren magnetischen Flussdich- ten tritt typischerweise eine Reduktion der Sprungtemperatur Tc auf. Eine Sprungtemperatur von 85°C besagt, dass Supraleitung unterhalb dieser Temperatur, also beispielsweise bei 50°C, 40°C sowie auch bei beispielsweise 20°C (d.h. bei Raumtemperatur) gegeben ist. Damit lassen sich Bauelemente, Vorrichtungen und dgl., die das erfindungsgemäß vorgeschlagene Material aufweisen, bei Raumtemperaturbedingungen im supraleitenden Bereich betreiben. Dem Fachmann ist damit offensichtlich, dass höhere Sprungtemperaturen einhergehen mit höheren kritischen Stromdichten und höheren kritischen magnetischen Flussdichten.
Alternativ bzw. zusätzlich hat sich gezeigt, dass sich im Grenzgebiet des Graphit-Materials bei einer Messtemperatur von unterhalb der Sprungtemperatur, z. B. von 77 K und einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 bei Unterschreiten einer kritischen magnetischen Flussdichte durch eine das Grenzgebiet durchströmenden magnetischen Flussdichte, die höher als 1 Tesla, vorzugsweise höher als 5 Tesla, zweckmäßigerweise höher als 10 Tesla, insbesondere höher als 20 Tesla, vornehmlich höher als 30 Tesla, höchst vorzugsweise höher als 40 Tesla und besonders bevorzugt höher als 50 Tesla ist, supraleitende Eigenschaften einstellen. Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil wird in das supraleitende Grenzgebiet ein elektrisches und/oder magnetisches und/oder elektromagnetisches Signal eingekoppelt, das mit einer Frequenz größer als 0 Hertz oder aber auch mit einer Frequenz von 0 Hertz eingekoppelt wird. Das Signal kann also ein Gleichsignal (DC) oder ein Wechselsignal (AC) oder eine Überlagerung solcher Signale sein. Der Grenzbereich, in dem ein supraleitendes Grenzgebiet liegt, entsteht beispielsweise im Übergangsbereich zwischen einer ersten Schicht aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (sogenanntes Graphit-2H) und einer zweiten Schicht aus Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (sogenanntes Graphit-3R). Ein supraleitendes Grenzgebiet kann aber alternativ auch eine "Störstelle" innerhalb einer Graphit-Kristallstruktur sein. Beispielsweise kann sich ein derartiges Grenzgebiet einstellen, wenn eine oder mehrere Graphen-Lagen bzw. -schichten einer ansonsten regelmäßigen Graphit-Kristallstruktur inForm der Stapelfolge der Graphen- Schichten des Graphit-Kristalls so versetzt angeordnet sind, dass die Regelmäßigkeit der Stapelfolge der Graphen-Schichten des Graphit-Kristalls gestört ist.
Wenn der Grenzbereich mehrere Grenzgebiete aufweist, können diese als granulärer Supra- leiter verstanden werden. Ggf. können bei ausreichend kleinem Abstand der mehreren
Grenzgebiete diese durch Josephson-Felder gekoppelt sein. Dies kann bedeuten, dass Supraleitung auch noch bei höheren magnetischen Flussdichten existiert, aber die Kopplung zwi- sehen den supraleitenden„Körnern", das heißt den Grenzgebieten, durch ein kritisches Jo- sephson-Feld zerstört werden könnte. Die kritische Flussdichte wird dadurch modifiziert. Die oben genannten Grenzen der magnetischen Flussdichte gelten somit für ein einzelnes Grenzgebiet.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Substrat mehrere erste und/oder mehrere zweite Schichten aufweist, so dass das Substrat mehrere Grenzbereiche und innerhalb dieser Grenzbereiche ein oder mehrere Grenzgebiete mit supraleitenden Eigenschaften aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Graphit-Schicht parallel zueinander ausgerichtet. Dies gilt im Übrigen auch für die Graphen-Lagen dieser Schichten. Im Grenzbereich verlaufen die Graphen-Lagen ebenfalls parallel. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass die Graphen-Schichten, die den Übergangsbereich bzw. den Grenzbereich bilden, verdreht gegeneinander angeordnet sind, und zwar um ihre Flächennormalen. Jede Graphen-Lage weist einen Basisvektor auf, der die Ausrichtung des eindimensionalen Kristallgitters der Graphen-Schicht definiert. Bezüglich dieses Basisvektors sind benachbarte Graphen-Schichten gegeneinander verdreht.
Supraleitende Eigenschaften im Grenzgebiet sind im Sinne der Erfindung dann gegeben, wenn
• das Grenzgebiet (GG) bei einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 oder von im Wesentlichen 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von 0 Tesla oder im Wesentlichen von 0 Tesla eine Sprungtemperatur (Tc)aufweist, die höher als -195°C und/oder höher als - 100°C und/ oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K ist, und/oder
• das Grenzgebiet (GG) bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur (z. B. 77 K) und einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 oder von im Wesentlichen 0 Ampere/m2 eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) aufweist, die höher als 1 T und/oder 5 T und/oder 10 T und/oder 20 T und/oder 30 T und/oder 40 T und/oder 50 T ist. Es ist bekannt, dass je näher die Temperatur, der supraleitendes Material ausgesetzt ist, bei der Sprungtemperatur des Materials liegt, desto kleiner die Werte für die kritische Stromdichte und die kritische Magnetflussdichte sind. Die obige erste Variante definiert supraleitende Eigenschaften des Materials anhand der
Größe der Sprungtemperatur, die unter den Bedingungen einer Stromdichte von nahe 0 Ampere/m2 oder gleich 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von nahe 0 Tesla o- der gleich 0 Tesla gegeben ist. Bei der zweiten Variante wird davon ausgegangen, dass das Material einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur ausgesetzt ist, wobei bei einer Stromdichte von nahe 0 Ampere/m2 oder gleich 0 Ampere/m2 die kritische magnetische Flussdichte im genannten Bereich liegt.
Mit "Grenzbereich" ist im Rahmen dieser Erfindung ein zwei- oder ein dreidimensionaler Übergang zwischen einer ersten und einer zweiten Graphit-Schicht mit jeweils unterschiedli- chen Kristallstrukturen oder mit gleichen Kristallstrukturen, wobei diese allerdings versetzt gegeneinander angeordnet sind, gemeint. Der Grenzbereich im Sinne der Erfindung weist also entweder ausschließlich eine 2D-Erstreckung auf, ist also eine Grenzfläche, oder aber weist eine Erstreckung in Richtung der Schichtenfolge, also in Z-Richtung auf. Innerhalb des Grenzbereichs existiert ein supraleitendes Grenzgebiet, das ebenfalls zwei- oder dreidimen- sional sein kann. Ein dreidimensionaler Grenzbereich kann entweder ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Grenzgebiet aufweisen, während ein zweidimensionaler Grenzbereich im Regelfall ein zweidimensionales Grenzgebiet aufweist.
Der Grenzbereich zwischen der ersten und der zweiten Schicht kann sich zweidimensional genauso weit erstrecken wie es bei den beiden Schichten der Fall ist. Der Grenzbereich kann aber auch von dem Graphit einer der beiden Schichten oder von Graphit mit einer anderen Kristallstruktur umschlossen sein. Entsprechendes gilt für das Grenzgebiet. Dieses kann vollständig innerhalb des Grenzbereichs liegen oder sich in einem Teilbereich bis zum Rand des Grenzbereichs erstrecken. Insbesondere ist es möglich, dass das Grenzgebiet physikalisch mittels beispielsweise eines ohmschen Kontakts kontaktiert werden kann. Das Grenzgebiet kann insoweit einen "Außenrand" aufweisen. Der "Außenrand" erstreckt sich über zumindest einen Teil des Begrenzungsrandes des Grenzgebiets.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann das Bauelement einen ohm- schen Kontakt zur Kontaktierung des supraleitenden Gebiets aufweisen. Für eine induktive Einkopplung eines Signals in das supraleitende Gebiet bietet sich die Verwendung einer
Spule an, während bei einer kapazitiven Einkopplung eine Elektrode zum Einsatz kommt. Optische Elemente werden eingesetzt, um ein Signal elektromagnetisch in das supraleitende Grenzgebiet einzukoppeln.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bau- element mindestens einen Leiter mit dem supraleitenden Grenzgebiet aufweist, wobei insbesondere zusätzlich vorgesehen sein kann, dass in den mindestens einen Leiter zumindest eine eine Phasendifferenz verursachende Schwachstelle eingefügt ist (sogenannter Jo- sephson -Kontakt).
Ein Josephson-Kontakt kann bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch realisiert werden, dass der Leiter, der das supraleitende Grenzgebiet aufweist, in einen ersten Leiterzweig und einen zweiten Leiterzweig aufgeteilt ist, zwischen denen sich zumindest bereichsweise eine Öffnung befindet, wobei jeder Leiterzweig eine e Phasendifferenz verursachende Schwachstelle aufweist.
Durch die Untersuchung von natürlichem oder künstlich hergestelltem Graphit lässt sich identifizieren, in welchen Zonen d ieses Graphits Grenzbereiche mit supraleitenden Grenzgebieten existieren. Dies kann beispielsweise optisch anhand von Schliffbildern oder auf andere Weise berührungslos erfolgen. Ein erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für elektrische und/oder optische und/oder magnetische und/oder elektronische Anwendungen umfasst bspw. folgende Schritte:
- Bereitstellen eines ersten Substrats (GSUb)
- wobei das erste Substrat (GSUb) zumindest zwei Schichten (GBI, GB2) umfasst,
• wobei die erste Schicht (GBI) und die zweite Schicht (GB2) aneinander angrenzend angeordnet sind und einen gemeinsamen sich von der ersten Schicht (GBI) ZU der zweiten Schicht (GB2) erstreckenden
Grenzbereich (GG) aufweisen und
• wobei die erste Schicht (GBI) Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) aufweist und
• wobei d ie zweite Schicht (GB2) Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) aufweist und
- wobei der Grenzbereich (GFB) ein Grenzgebiet (GG) aufweist
- wobei das Grenzgebiet (GG) supraleitende Eigenschaften
• bei einer Stromdichte 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussd ichte von 0 Tesla mit einer Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/ oder und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K ist, und/oder
• bei einer Temperatur von z. B. 77 K und einer Stromd ichte 0 Ampere/m2 mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) aufweist, die höher als 1 T und/oder 5 T und/oder 10 T und/oder 20 T und/oder 30 T und/oder 40 T und/oder 50 T ist, und
- Strukturieren des Substrats (GSUb);
- Bereitstellen
• eines ohmschen Kontakts, der elektrisch mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) verbunden wird und/oder
• einer Spule, die ind uktiv mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt wird und/oder
• einer Elektrode, die kapazitiv mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt wird und/oder
• eines optischen Elements, das elektromagnetisch mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt wird.
Alternative Ausführungen bzw. vorteilhafte Weiterbildungen eines derartigen Verfahrens - dass das Strukturieren (8) des Substrats (GSUb) durch nasschemische Ätzung und/oder Ionen- oder Teilchenstrahlätzung und/oder Focussed-Ion-Beam und/oder Plasmaätzung und/oder elektrochemische Ätzung und/oder spanende Formgebung und/oder Pressung und/oder Sinterung und/oder Funkenerosion und/oder Amorphisierung erfolgt,
- dass das Substrat (GSUb) bereitgestellt wird durch
• Untersuchen von natürlichem oder künstlich hergestelltem Graphit auf die Existenz eines Grenzbereiches (GFB) zwischen einer ersten Schicht (GBI) mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) und einer zweiten Schicht (GB2) mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R);
• Prüfen, ob der Grenzbereich (GFB) ein supraleitendes Grenzgebiet (GG) aufweist
• Verwenden eines Substrats (GSUb) mit einem Grenzbereiche (GFB) mit einem supraleitenden Grenzgebiet (GG), und/oder
- dass das Prüfen auf Supraleitung durch Vermessen des Substrats (GSUb) mit einer MFM zur Lokalisierung eines Linienstromes erfolgt.
Im Folgenden wird zunächst ein allgemeines Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen oder optischen oder magnetischen oder elektronischen Bauelements vorgeschlagen, das mindestens eine bei Raumtemperatur supraleitende Komponente (GG) aufweist.
Eine besonders einfache Methode zur Erzielung dieses Verhaltens erhält man durch die Kombination zweier unterschiedlicher Graphit-Modifikationen (bzw. -Strukturen). Es wird vorgeschlagen, dieses Verhalten in einem ersten Verfahrensschritt durch das Bereitstellen eines ersten Substrats (Gsub) aufweisendzumindest zwei Schichten (GBI, GB2) ZU erzielen. Jeder dieser beiden Schichten (GBI, GB2) repräsentiert dabei vorzugsweise eine Graphit-Modifikation. Die erste Schicht (GBI) und die zweite Schicht (GB2) sind übereinander angeordnet und weisen einen gemeinsamen Grenzbereich (GFB) auf. Der Grenzbereich (GFB) entsteht durch den mechanischen und damit auch elektrischen Kontakt der zwei Schichten (GBI, GB2). Der Grenzbereich zeichnet sich bevorzugt durch zumindest eine Graphen-Schicht aus, deren Elektronen in einer anderen elektronischen Konfiguration als die der Graphen-Schichten der zwei Schichten (GBI, GB2) vorliegen. Die erste Schicht (GBI) besteht aus Graphit mit beispielsweise Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen (Graphen-Schichten) mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage (Graphen-Schicht). Die zweite Schicht (GB2) besteht aus Graphit mit z. B. rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohed ral, Graphit-3R) mit mindestens 3 Atom-Lagen (Graphen-Schichten) mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage (Graphen-Schicht). Die Bezeichnung erste und zweite Schicht (GBI, GB2) kann in der Realität vertauscht sein. Der Grenzbereich (GFB) umfasst die eigentliche erste Grenzfläche (GFI) und weist bevorzugt eine Orientierung von deren Flächennormale (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der ersten Schicht (GBI) auf. Parallel im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass die Orientierung der Flächennormalen (nFi) der ersten Grenzfläche (GFI) relativ zur hexagonalen Symmetrieachse des Kristallgitters der Graphen-Schichten des ersten Schichtbereichs (GBI) einen Verdrehwinkel von weniger als 45°, bevorzugt weniger als 20°, besser weniger als 10°, besser weniger als 5°, besser weniger als 2°, besser weniger als 1°, besser weniger als 0,5°, besser weniger als 0,25° aufweist. Es wird daher empfohlen, für d ie jeweilige Graphit-Quelle eigene statistische Untersuchungen anzustellen, um den Bereich einzugrenzen. Sicher ist, dass bei einer Übereinstimmung der Ausrichtungen der Graphen- Schicht im Grenzbereich sowohl parallel als auch nicht gegeneinander verd reht der beobach- tete Effekt auftritt. I nsofern sind bei einer Produktion Fertigungstests vorzusehen, d ie nicht funktionierende Substrate (Gsub) aussortieren. Besonders bewährt haben sich Widerstandsmessungen und Messungen mit einem Magnetic Force M icroscope (M FM) (siehe Figuren 21- 23). Des Weiteren sollte der Graphen-Schichtstapel des Grenzbereichs (GFB) eine Orientierung der Flächennormalen (nFi) der Graphen-Schichten ebenfalls parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters der Graphen-Schichten des zweiten Schichtbereichs (GB2) aufweisen. H insichtlich der Toleranzen d ieser Parallelität gilt hier das Vorgesagte ebenfalls.
Die Verwendung sowie geeignete Verfahren zur N utzbarmachung der supraleitenden Eigenschaften zwischen den Grenzflächen von Graphen-Schichten unterschied licher Stapelungen sind für die Verwendung in elektrischen, elektronischen, optischen oder magnetischen Bauelementen nicht bekannt.
Es hat sich gezeigt, dass zumindest ein Teil des Grenzbereichs (GFB), nachfolgend mit Grenzgebiet (GG) bezeichnet, supraleitende Eigenschaften aufweist, indem das Grenzgebiet (GG) des Grenzbereichs (GFB) eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher ist als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder bei z. B. 77 K eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) aufweist, d ie höher ist als IT und/oder 50 T aufweist. Diese Eigenschaften des Grenzgebiets oder eines Teils des Grenzgebiets sind im Sinne der Erfind ung gemeint, wenn im Weiteren von "supraleitend" d ie Rede ist. I nsbeson- dere wurde festgestellt, dass die hier beschriebene Konfiguration mit einem Grenzbereich (GFB) zwischen zwei Kristallen aus verschiedenen Graphitmodifikationen (z. B. bernal und rhomboed risch) eine Sprungtemperatur Tc von 370 K +/- 7 K (entspricht einer Sprungtemperatur (Tc) im Bereich von 363 K bis 377 K) aufweist. M it Hilfe einer MFM wurde dokumentiert, dass ein einmal induktiv in den Grenzbereich (GFB) eingeprägter elektrischer Strom über Wochen konstant blieb. Dies kann nur mit supraleitenden Effekten im Sinne obiger Definition erklärt werden. Dies ist somit ein wesentliches Merkmal zur Unterscheid ung vom Stand der Technik, aus dem keine Raumtemperatursupraleitung bekannt und zum Prioritätszeitpunkt der vorliegenden Anmeldung zweifelsfrei nachgewiesen ist.
Um nun ein elektronisches, elektrisches, optisches oder magnetisches Bauelement herzustel- len, ist es sinnvoll, das Substrat (Gsub) zu strukturieren. Dies kann insbesondere durch nasschemische Ätzung (z.B. in konzentrierter Schwefelsäure, in der Kalium-Di-Chromat gelöst ist) geschehen. Ein Problem der nasschemischen Ätzung ist d ie Aggressivität der Chemikalien, die zu Ätzung notwendig sind . Daher ist eine Strukturierung mittels Ionen- oder Teilchenstrahlätzung sehr sinnvoll. Dies kann beispielsweise in einem Sauerstoff-Plasma oder in ei- nem Argon-Plasma geschehen. Eine andere mögliche und sehr erfolgreiche Methode zur Herstellung kleinster Strukturen ist die Focussed-Ion-Beam-Ätzung, d ie reaktiv unter Verwendung chemisch ätzender Atome und Moleküle erfolgen kann, und/oder d ie Verwendung von Gasen, d ie eine rein mechanische Ätzung hervorrufen (z.B. Argon etc.). Auch ist eine Plasmaätzung möglich. Hierbei können sowohl RIE-Verfahren als auch DRIE-Verfahren zum Einsatz kommen. Eine nasschemische Ätzung kann durch das Anlegen einer Spannung an das Substrat (Gsub) gegenüber einer Elektrode im Ätzbad unterstützt werden. Eine solche elektrochemische Ätzung ist somit eine weitere Möglichkeit der Strukturierung eines solchen teilweise supraleitenden Graphit-Substrats (Gsub). Neben d iesen chemischen Strukturierungsmethoden, kommt auch eine spanende Formgebung mittels eines oder mehrere Meißel mit Schneiden in Frage. Daher kann die Strukturierung auch d urch Fräsen, Ritzen, Drehen, Schleifen, Schneiden, Stechen unter Erzeugung von Spänen erfolgen. Es ist denkbar, mehrere Substrate d urch Pressung und/oder Sinterung zu einem größeren Ganzen zusammenzufassen. Eine Variante des Plasmaätzens, d ie möglich ist, ist d ie Funkenerosion. Durch eine Amorphi- sierung, beispielsweise mittels eines Kohlenstoff-Ionenstrahls oder eines lonenstrahls aus einem anderen Element oder aus Molekülen, kann die Kristallstruktur lokal zerstört werden, wod urch d ie Grenzfläche (GF) als solche zerstört wird und der supraleitende Bereich, das Grenzgebiet (GG), begrenzt oder strukturiert wird. Um das Substrat kapazitiv, induktiv, op- tisch oder elektrisch kontaktieren zu können, wird d iese in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt mit elektrischen Kontakten versehen. Es handelt sich also um einen Verfahrensschritt des Bereitstellens von entsprechenden Kontakten zur kapazitiven, resistiven, induktiven oder elektromagnetischen Einkopplung von Signalen bei 0 Hertz (DC-Signal) oder größer (AC-Signal) oder M ischformen (AC/DC-Signal) in den Grenzbereich (GFB) . Vorteilhafter Weise wird das Substrat (GSUb) vor der Verarbeitung beispielsweise mittels eines Goniometers ausgerichtet. Daher umfasst ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements den Schritt des Feststellens der Orientierung der Flächennormalen (np) der Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) innerhalb des Substrats (Gsub). Diese Orientierung kann beispielsweise mittels einer Röntgenbeugungsanalyse erfol- gen. Andere Verfahren sind denkbar. So lässt sich Graphit vorzugsweise längs der Atomlagen spalten. Ein solcher Orientierungsschritt kann daher auch in der Form geschehen, dass auf einer Seite des Graphit-Schicht-Pakets einige Atomlagen abgespalten werden. Die verbleibende Oberfläche ist dann vorzugsweise senkrecht zur Flächennormale der Grenzfläche. Es hat sich bei der Verwend ung von Naturgraphit gezeigt, dass nicht alle Graphitsubstrate die gewünschte Raumtemperatursupraleitung aufweisen. Bei flächigen Proben wurde zur Feststellung des bei Raumtemperatur supraleitenden Bereiches zunächst d ie Probe erhitzt und dann mit Hilfe eines genügend starken Permanentmagneten magnetisiert. Hierbei ent- stand ein Kreisstrom, dessen charakteristisches Profil seines Magnetfeldes mittels eines Magnetic Force M icroscopes (M FM) detektiert werden konnte (siehe Figuren 21 bis 23).
Es ist da her vorteilhaft, in dem nachfolgenden Prozessschritt die Lage des supraleitenden Bereichs des Grenzgebiets (GG) innerhalb des Substrats (Gsub) mittels eines Magnetic Force M icroscopes (M FM) oder eines anderen geeigneten Messmittels für die Verteilung der mag- netischen Flussd ichte oder Feldstärke zu erfassen, um den supraleitenden Bereich zu identifizieren.
In der Regel liegt das Substrat(Gsub) nicht in der gewünschten Form und insbesondere Dicke vor. Daher ist es vorteilhaft, die Schichten (GBI, GB2) abzud ünnen. Ein solcher Verfahrensschritt des Abd ünnens (3) einer Schicht (GBI, GB2), im Folgenden der„betreffenden Schicht", und der Schaffung einer unteren Grenzfläche (UGF) parallel zu den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) ist daher ein bevorzugter Bestandteil des vorgeschlagenen Verfahrens. Die M indestdicke der betreffenden Schicht, d ie abgedünnt wird, sollte dabei d rei Atomlagen nicht unterschreiten. Besser ist eine Abd ünnung auf mehr als 6, besser mehr als 10, besser mehr als 20, besser mehr als 50, besser mehr als 100 Atom-Lagen. Das Abd ünnen kann dabei beispielsweise mit den Verfahren erfolgen, d ie auch bei der Strukturierung angewandt werden. Dies wären beispielsweise, aber nicht nur, das nasschemische Ätzen, die Ionen- oder Teilchenstrahlätzung, d ie Focussed-Ion-Beam-Ätzung, d ie Plasmaätzung mit RI E- und/oder DRIE-Ätzung, d ie elektrochemische Ätzung, d ie spanende Formgebung und die Funkenerosion. Die verfahrenstechnischen Möglichkeiten der Abdünnung sind hierauf aber nicht beschränkt. Vornehmlich zu erwähnen wären hier besonders präzise Methoden wie Läppen und elektrochemische Politur und das Polieren mit heißen Metallscheiben, bei denen sich Kohlenstoff im Metall während des Kontakts mit dem Graphit löst. Nachdem nun eine der Schichten (GBI, GB2) soweit abgedünnt wurde, dass er beispielsweise mit fotolithografischen Verfahren oder Elektronen-Lithografie weiter strukturiert werden kann, wird in einer Variante des Verfahrens zu Herstellung des elektrischen Bauelements vorgeschlagen, das Substrat (Gsub) nach dem Abdünnen des betreffenden Schichtbereichs der beiden Schichten (GBI, GB2) mit der so entstandenen, typischerweise nahezu ideal glatten Oberfläche in einem weiteren Schritt auf der Oberfläche (OF) eines Trägers (Subi) zu befestigen bzw. zu platzieren. Es handelt sich also um den Verfahrensschritt des Aufbringens des abged ünnten Substrats (Gsub) auf die Oberfläche (OF) eines Trägers (Subi).
Sofern die im Laufe des Abdünnens entstandene Oberfläche des Substrats (Gsub) ideal poliert wurde und die Oberfläche (OF) des Trägers (Subi) ebenfalls ideal ist, können bereits Van-der- Waalsche Kräfte zwischen diesen Oberflächen wirken und zu einem "Verschweißen" der Flächen führen. In diesem Falle handelt es sich um ein Befestigen des abged ünnten Substrats (Gsub) an der Oberfläche (OF) des Trägers (Subi) mittels Adhäsion.
Bevorzugt wird in einem weiteren Verfahrensschritt das abgedünnte Substrat (Gsub) an der Oberfläche (OF) des Trägers (Subi) mittels Bildung eines Karbides z.B. durch Temperaturbehandlung in einem Ofen und mittels Wahl eines karbidbildenden Materials des Trägers (Subi), zuverlässig befestigt. I n einer weiteren Ausführungsform ist d ie Bildung eines Eutekti- kums denkbar. Schließlich kommen auch Klebung oder Schweißung, insbesondere Laser- Schweißung, in Frage. I m letzteren Falle ist die Verwendung eines Schutzgases oder die Bea r- beitung in einem Vakuum, wie bei allen Temperaturbehandlungen von Graphit, angezeigt.
Nachdem d ie betreffende Schicht (GB2, GBI) abgedünnt wurde, ist es nun im Regelfall sinnvoll, die noch nicht abged ünnte Schicht der beiden Schichten (GBI, GB2) ebenfalls abzudün- nen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher bevorzugt um einen weiteren Verfahrensschritt des Abd ünnens der anderen Schicht (GBI, GB2), im Folgenden die„andere Schicht", die nicht d ie betreffende Schicht ist, erweitert. Dies resultiert in der Schaffung einer oberen
Grenzfläche (OGF) parallel zu den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB). Wieder sollte die gleiche M indestd icke des anderen Schichtbereichs eingehalten werden, wie bei der zuvor beschriebenen, betreffenden Schicht. Die M indestd icke der anderen Schicht, d ie nun ebenfalls abgedünnt wird, sollte dabei wieder drei Atomlagen nicht unterschreiten. Besser ist eine Abdünnung auf mehr als 6, besser mehr als 10, besser mehr als 20, besser mehr als 50, besser mehr als 100 Atom-Lagen. Das Abdünnen kann dabei beispielsweise mit den Verfahren erfolgen, d ie auch bei der Strukturierung angewandt werden. Dies wären wieder beispielsweise, aber nicht nur, das nasschemische Ätzen, die Ionen- oder Teilchenstrahlätzung, die Focussed-Ion-Beam-Ätzung, die Plasmaätzung mit RIE- und/oder DRIE-Ätzung, die elektrochemische Ätzung, d ie spanende Formgebung und die Funkenerosion. Die verfahrenstechnischen Möglichkeiten der Abdünnung der anderen Schicht sind hierauf wiederum nicht beschränkt. Vor allem zu erwähnen wären hier wieder besonders präzise Methoden wie Läppen und elektrochemische Politur und das Polieren mit heißen Metallscheiben, bei denen sich Kohlenstoff im Metall während des Kontakts mit dem Graphit löst.
Ganzallgemein zeichnen sich Verfahrensvarianten der Erfindung dadurch aus, dass Prozessschritte zum Abdünnen von Schichtbereichen (G BI, G B2) durch Anwendung zumindest eines der folgenden Verfahren umfassen:
• spanerzeugende Formgebung und/oder
• Polieren und/oder
• Schleifen und/oder
• Elektrochemisches Polieren und/oder
· Chemisch mechanisches Polieren (CM P) und/oder
• Nasschemisches Ätzen und/oder
• lonenätzung und/oder
• Teilchenstrahlätzung und/oder
• Chemische Ätzung und/oder
· Plasmaätzung
In einer weiteren Ausführung/Gestaltung der Erfindung wurde als sinnvoll erkannt, dass ein so erstelltes elektrisches, elektronisches, optisches oder magnetisches Bauelement mit konventionellen Schaltungen kombiniert werden kann. Beispielsweise ist es sinnvoll, eine konventionelle Schaltung in Form der Bereitstellung eines zweiten Substrates (SUB) für d iese Kombination vorzusehen. Dieses zweite Substrat (SUB) kann elektrisch isolierend oder elektrisch normalleitend oder elektrisch halbleitend vom p-Leitungstyp oder elektrisch halbleitend vom n-Leitungstyp oder elektrisch metallisch leitend sein. Das zweite Substrat (SUB) kann mit dem Träger (Subi) identisch sein. Der Träger (Subi) kann aber auch beispielsweise selbst wieder auf dem zweiten Substrat (SUB) durch Klebung etc. angebracht werden. Diese Verfahrensvariante umfasst auch das Durchführen des Verfahrens, wie zuvor beschrieben. Dabei kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte, insbesondere was die Bereitstellung des zweiten Substrats (SUB) betrifft, geändert sein. Sofern es sich um ein ganz oder teilweise halbleitendes Substrat, beispielsweise einen integrierten Schaltkreis handelt, ist es sinnvoll, wenn das zweite Substrat (SUB) zumindest ein halbleitendes elektronisches Bauelement umfasst. Diese können ausgewählt, ohne darauf beschränkt zu sein, aus: Verdrahtungen, Kontakten, Gesamtsubstratdurchkontaktierungen (englisch: Through-Silicon-Via, TSV), Kreuzungen, Isolierschichten, Dioden, PN-Dioden, Schottky-Dioden, ohmschen Widerstände, Transistoren, PNP- und/oder PNP-Bipolartransistoren, n- oder p-Kanal-MOS-Transistoren, Diacs, Tri- acs, pip,- oder nin- oder pin-Dioden, Solarzellen etc. Das zweite Substrat (SUB) kann auch komplexere Strukturen, wie Logik-Gatter, Verstärker, Filter, Operationsverstärker, Multiplizierer, Analog-zu-Digitalwandler, Referenzspannungsquellen und -Referenzstromquellen, Stromspiegel, Differenzverstärker, Digital-zu-Analog-Wandler, Komparatoren, Speicher, Mikrorechner, Oszillatoren etc. aufweisen. Neben diesen rein elektronischen und mikro- elektronischen Teilvorrichtungen kann das zweite Substrat (SUB) auch in anderer Weise gleichzeitig oder alternativ modifiziert sein, so dass es fluidische und/oder mikrofluidische und/oder optische und/oder mikrooptische Teilvorrichtungen aufweist. Beispielsweise ist es denkbar, den magnetohydrodynamischen (MHD-) Effekt in einer solchen Vorrichtung auszunutzen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es sein, dass das zweite Substrat (SUB) ein anderes elektronisches und/oder elektrisches Bauelement, insbesondere (aber nicht beschränkt darauf) eine Flachspule oder einen Kondensator, aufweist, wobei das Bauteil in Mikrostrukturtechnik auf dem zweiten Substrat oder in diesem zweiten Substrat (SUB) gefertigt ist. Eine Verdrahtung oder Kontaktierung zwischen dem ersten und zweiten Substrat wird bevorzugt mittels Aufbringen mindestens einer elektrisch leitenden Schicht auf das erste (Gsub) oder zweite Substrat (SUB) hergestellt. Dabei kann die elektrisch leitende Schicht elektrisch normalleitend oder elektrisch halbleitend vom p-Leitungstyp oder elektrisch halbleitend vom n-Leitungstyp oder elektrisch metallisch leitend sein. Insbesondere kann es sich auch um einen amorphen oder polykristallinen Halbleiter, beispielsweise Silizium oder Germanium oder Diamant oder diamantähnliche Schichten (DLC) handeln. In einer weiteren Ausführungsform können in einer halbleitenden Schicht halbleitende elektronische Bauelemente wie Dioden, Transistoren und Widerstände eingebettet werden. Teile einer solchen halbleitenden Schicht können daher eine andere Dotierung und damit einen anderen Lei- tungstyp aufweisen als andere Teile der gleichen halbleitenden Schicht. Auch können die spezifischen Widerstände und/oder die Beweglichkeit und/oder die Ladungsträgerdichte und oder die Dotierstoffdichte und/oder die Dichte der Traps innerhalb einer solchen halbleitenden Schicht variieren. Um die Bauteile gut verdrahten zu können, ist es zweckmäßig, diese insbesondere durch foto- und/oder ionenstrahllithografische Verfahren zu strukturie- ren. Aus dem Stand der Technik sind diese Verfahren hinlänglich bekannt, weshalb hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird.
Somit umfasst das vorgeschlagene Verfahren in diesem Fall auch die Strukturierung der mindestens einen elektrisch leitenden, insbesondere elektrisch normalleitenden Schicht, beispielsweise um Leiterbahnen herzustellen. Es sei hier darauf hingewiesen, dass Leiterbahnen auch aus hoch-dotiertem Halbleitermaterial hergestellt werden können. Um diese Leiterbahnen durch das erste Substrat (Gsub) nicht kurzzuschließen, ist es sinnvoll, wenn dieses von dem Graphitkörper des ersten Substrats (Gsub) elektrisch isoliert wird. Hierzu ist es sinnvoll, vor dem Aufbringen der normalleitenden Schicht das Aufbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht auf das erste Substrat (Gsub) oder das zweite Substrat (SUB) oder auf eine elektrisch normalleitende Schicht durchzuführen. Hierzu eignen sich beispielsweise Siliziumdioxid oder andere isolierende Stoffe, wie Siliziumnitrid. Auch ist es denkbar, hierfür vorzugsweise fotolithografisch strukturierbare Kunststoffe wie beispielsweise Polyimid zu verwenden. Typischerweise ist die Öffnung der elektrischen Kontakte anschließend notwendig. Dies kann durch die Strukturierung der mindestens einen isolierenden Schicht erfolgen. Um den elektrischen Kontakt tatsächlich herzustellen, ist es notwendig, dass die elektrisch leitende Schicht mit dem ersten Substrat (Gsub) an zumindest einer Stelle in d irektem mechanischen Kontakt steht. Vorzugsweise handelt es sich hierbei nicht nur um einen mechanischen, sondern auch um einen elektrischen Kontakt. Auch die isolierende Schicht muss me- chanisch durch das erste Substrat (Gsub) gestützt werden. Die elektrisch isolierende Schicht ist daher mit dem ersten Substrat (Gsub) an zumindest einer Stelle in d irektem mechanischen Kontakt. Die Strukturierung der isolierenden Schicht erfolgt wie die der elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht bevorzugt fotolithografisch und/oder nasschemisch und/oder durch Plasmaätzung und/oder Ionen- und Partikelstrahlbeschuss und/oder Amorphisierung und/oder E-Beam-Bestrahlung und/oder Laser-Bestrahlung und/oder mechanisch spanende Verfahren und/oder formgebende Verfahren, die bei einer Strukturierung, welche d ie Strukturierung der Grenzfläche mit umfasst, mit einem Reißen der Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) kombiniert sind .
Als Ergebnis des oben Beschriebenen, beispielhaften Herstellungsprozesses ergibt sich ein elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement, das zumindest eine Teilvorrichtung umfasst, die ein erstes Substrat (Gsub) aufweisendzumindest zwei Schichten (GBI, GB2) umfasst, wobei d ie erste Schicht (GBI) und die zweite Schicht (Gb2) übereinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Grenzbereich (GFB) mit einer ersten Grenzfläche (GFI) aufweisen. Im Sinne der Erfindung ist unter "übereinander" angeordnet ge- meint, dass bei geeigneter Orientierung des Gesamtpakets, also des Schichtenstapels des ersten Substrats (Gsub) die jeweiligen Schichten aneinander liegen. Daher kann das Gesamtpaket auch in andere Orientierungen ged reht sein. Die erste Schicht (GBI) der Teilvorrichtung besteht in dem hier zunächst diskutierten besonders bevorzugten und besonders erprobten Beispiel aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) mitvorzugsweise mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom. Diese Atom-Lagen werden im Rahmen der Anmeld ung auch als Graphen-Schichten bezeichnet. Die zweite Schicht (GB2) der Teilvorrichtung besteht aus Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhom- bohed ral, Graphit-3R) mit z. B. mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von ge- nau einem Atom. Die Graphen-Lagen des Grenzbereichs (GFB) weisen des Weiteren eine Orientierung ihrer ersten Flächennormalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) der Kristallgitter der Graphen-Schichten des ersten Schichtbereichs (GBI) auf. Die Graphen- Lagen des Grenzbereichs (GFB) weisen des Weiteren eine Orientierung ihrer ersten Flächen- normalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) der Kristallgitter der Graphen- Schichten des zweiten Schichtbereichs (GB2) auf. Zumindest ein Teilbereich des Grenzbereichs (GFB), das Grenzgebiet (GG), weist dabei im Gegensatz zum Stand der Technik die oben genannten supraleitenden Eigenschaften im Sinne der Erfindung auf. Um die Kontaktierung der Graphen-Lagen des Grenzbereichs (GFB) ZU ermöglichen, ist das erste Substrat (Gsub) so strukturiert, dass die Außenkante des Grenzbereichs (GFB) in zumindest einem Teilbereich des ersten Substrats (Gsub) d urch Bearbeitung verändert ist. Vorzugsweise wird dieser Randbereich des ersten Substrats (Gsub) so verändert, dass er beispielsweise durch ein Anschrägen der Grenzbereich (GFB) offen liegt und mittels Metalldeposition kontaktiert werden kann. Um das Bauteil anschließen zu können, ist es bevorzugt, dass der Grenzbereich (GFB) zumindest einen elektrischen Kontakt aufweist, der dazu geeignet ist, den Grenzbereich (GFB) mit einem elektrischen Leiter zu verbinden. Kapazitive, induktive oder elektromagnetische Einkopplungen von Signalen in das Grenzgebiet (GG) sind ebenfalls möglich.
Um nun ein geeignetes Signal aus dem Bauelement zu erhalten, wird das Bauelement mittels eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen oder optischen oder magnetischen oder elektronischen Bauelements mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu wird besagtes Bauelement bereitgestellt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das Bauelement eine im Sinne der Erfindung supraleitende Teilvorrichtung, nämlich das Grenzgebiet (GG), aufweist. Durch Bestromen des elektrischen Bauelements bei einer Temperatur (T), d ie oberhalb von -196°C liegt, wird in dem elektrischen oder optischen oder magnetischen oder elektronischen Bauelement ein elektrischer Stromfluss hervorgerufen. H ierbei ist es vorteilhaft, das Bauelement zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Sprungtemperatur (Tc) zu erhitzen und dann unterhalb der Sprungtemperatur, aber noch oberhalb von -195°C zu betreiben. Dabei tritt innerhalb des supraleitenden Teilbereichs, dem Grenzgebiet (GG) innerhalb des Grenzbereichs (GFB), ein Stromfluss auf. Auf Basis des bei Raumtemperatur supraleitenden Teilbereichs, des Grenzgebiets (GG), lässt sich ein elektrisches Bauelement definieren, das dad urch gekennzeichnet ist, dass es zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), aufweist, d ie ein elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung ist. Vorzugsweise weist das Bauelement als elektrischen Supraleiter Kohlenstoff, vor- zugsweise in kristalliner Form, besonders bevorzugt in rhomboed rischer Kristallstruktur (Graphit 3R) und/oder in Bernal-Kristallstruktur (Graphit 2H), auf. Das Bauelement wird vorzugsweise in einem ersten vorgesehenen Betriebszustand bei einer Arbeitstemperatur (Ta) oberhalb der Sprungtemperatur (Tc) betrieben und in einem zweiten vorgesehenen Betriebszustand bei einer Arbeitstemperatur (Ta) unterhalb der Sprungtemperatur (Tc). Das supraleitende Bauelement kann durch Ausnutzung der kritischen Temperatur (Tc) als Temperatursensor verwendet werden. Ein vorgeschlagener Temperatursensor ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass er ein elektrisches Bauelement, wie zuvor vorgeschlagen, aufweist, das mindestens eine supraleitende Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), umfasst. Die Leitfähigkeit des elektrischen Bauelementes hängt von einem externen Magnetfeld ab. Diese Abhängigkeit wird abrupt durch Überschreiten der kritischen Magnetfeldstärke (Bk) oder durch langsames Eindringen der magnetischen Flusslinien in den Supraleiter, hier das Grenzgebiet (GG), hervorgerufen. Von besonderem Interesse sind ringförmige und/oder spiralige Strukturen insbesondere im Zusammenhang mit Flachspulen und/oder Josephson - Kontakten. Solche Strukturen zeichnen sich dadurch aus, dass d ie supraleitende Teilstruktur, das Grenzgebiet (GG), eines solchen Bauelements ein topologisches Geschlecht größer 0 aufweist. Das bedeutet, dass d ie supraleitende Struktur, hier das Grenzgebiet (GG), zumindest ein Loch (Ol) aufweist, das ganz vom Supraleiter umgeben ist (siehe Figur 13). I m Sinne der Erfindung sind damit beispielsweise auch ringförmige Supraleiter offenbart, d ie an mindestens einer Stelle beispielsweise durch Tunnelstrecken für Ladungsträger unterbrochen sind (siehe Figuren 28, 29). Auch solche Konstruktionen sind im Sinne der Erfindung durch das to- pologische Geschlecht 0 erfasst.
Das einfachste elektronische Bauelement, das sich durch das oben skizzierte Verfahren realisieren lässt, ist das einer elektrischen Leitung. H ierfür wird das erste Substrat (GsUb) wie beschrieben auf beiden Seiten abgedünnt und auf einem zweiten Substrat (SUB) als Träger montiert. Die Kristallkanten werden parallel zur Leitungsrichtung links und rechts der Mittellinie der Leitung durch die Strukturierung so herausgearbeitet, dass vorzugsweise nur noch die Leitung als solche auf dem zweiten Substrat (SU B) verbleibt. Ggf. wird die Leitung an ihren beiden Enden, wie zuvor beschrieben, mittels Metalldeposition und anschließender, vor- zugsweise fotolithografischer Strukturierung des Metalls, angeschlossen. Diese Metallisierung kontaktiert den Grenzbereich (GFB) oder eine darin enthaltene Grenzfläche (GF). ES ist auch denkbar, ein erstes Substrat (GsUb) beispielsweise mechanisch so zu bearbeiten, dass sich ein länglicher Stab ergibt, wobei der Vektor der Stabrichtung bevorzugt parallel zu einem Ebenenvektor der Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) ist, der parallel zu den Graphen-Schichten dieses Grenzbereichs (GFB) ist, wod urch der Stab in zwei Hälften, die erste Schicht (GBI) und d ie zweite Schicht (GB2), geteilt wird . Die elektrischen Kontakte zu dem Grenzbereich (GFB) können in einem solchen Fall auch durch Metallkappen hergestellt werden, die auf dem gefertigten Stab an dessen jeweiligen Enden aufgesetzt werden.
Da beim Stromfluss ein Magnetfeld auftritt, ist es möglich, mittels einer ersten Leitung, wenn sie in einem Abstand (di.) zu einer zweiten Leitung geführt ist, elektrische Eigenschaften der ersten Leitung durch den Stromfluss in der zweiten Leitung zu verändern (siehe Figur 10). Hierbei kann es sich bei der zweiten Leitung auch um einen Teilabschnitt eines anderen vorgeschlagenen Bauelements, umfassend einen Raumtemperatursupraleiter als funktionale Teilvorrichtung [Grenzgebiet (GG)], handeln. Statt einer Ringstruktur ist es denkbar, das Bau- element nicht in Planartechnik herzustellen. Die Herstellung von Graphit mit hohem Anteil an rhomboedrischer Kristallstruktur ist beispielsweise aus AU 2015 234 343 AI,
EP 2 982 646 AI und JP 5 697 067 Bl bekannt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf Basis der vorgeschlagenen Vorrichtung eine bei Raumtemperatur supraleitende Leitung hergestellt wird. Diese sollte dann vorzugsweise zylinder- förmig und rundherum graphitisiert sein. Bei einer solchen Leitung sollte bevorzugt zumindest eine supraleitende Teilstruktur, das Grenzgebiet (GG), zylinderförmig sein.
Ein weiteres elektrisches Bauelement mit einer bei Raumtemperatur supraleitenden Teilstruktur, dem Grenzgebiet (GG), kann beispielsweise eine elektrische Spule, insbesondere eine Flachspule sein. Zwei solcher Spulen können zu einem bei Raumtemperatur elektrisch supraleitenden Übertrager für Signale und/oder für Energie kombiniert werden. Wird ein Zylinder mit bernalem und rhomboedrischen Graphit abwechselnd umlaufend beschichtet und wird beispielsweise ein spiralförmiger Graben in das so entstandene Graphit-Schichtpaket gefräst, der dieses elektrisch d urchtrennt, so erhält man eine bei Raumtemperatur elektrisch supraleitende Zylinderspule.
Aus der M ikrowellentechnik sind M ikrostreifenleitungen bekannt. Es wird daher vorgeschlagen, solche M ikrostreifenleitungen mittels bei Raumtemperatur supraleitenden Teilstrukturen,! den Grenzgebieten (GG), herzustellen (Figur 30) Das hierzu gangbare Verfahren wurde oben beschrieben. In vielen Anwendungsfällen ist kein Übertrager notwend ig, sondern eine effiziente Antenne oder ein anderes HF-Bauelement, die oder das möglichst verlustfrei arbeitet. Es wird daher vorgeschlagen, Resonatoren, insbesondere M ikrowellenresonator und/oder THz Resonatoren und/oder Antennen und/oder ein Oszillatoren mit zumindest Teilvorrichtungen aus einem bei Raumtemperatur supraleitendem Material herzustellen. Hier kann beispielsweise das oben angegebene Verfahren angewendet werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, die bei Raumtemperatur supraleitenden Teilvorrichtungen als Bauteile elektrischer Kondensatoren zu verwenden. Beispielsweise können d ie Zuleitungen und/oder d ie Kondensator-Platten aus dem oben beschriebenen bei Raumtemperatur supraleitenden Material gefertigt werden (siehe Figur 30b). Das Bauelement gemäß Figur 30a,b,c ist hinsichtlich seiner Konstruktion und Wirkungsweise grundsätzlich bekannt, wird aber hier aus dem supraleitenden Graphitmaterial nach der Erfind ung gefertigt.
Ein Bauelement (beispielsweise nach Figur 30c) kann in bekannter Weise so gefertigt werden, dass es einen vorgegebenen magnetischen Fluss einfriert. Wird es mit einem Sensor zur Auswertung des magnetischen Flusses kombiniert, so weist das Bauteil ein bistabiles Verhal- ten auf.
Ein besonderes Bauelement in d iesem Zusammenhang ist eine Josephson-Diode. Eine Jo- sephson-Diode (englisch Josephson-Junction) wird bevorzugt als phasenmod ulierendes Ele- ment für Elektronenwellen bzw. Cooper-Paar-Wellen eingesetzt. Zur Herstellung einer solchen Josephson-Diode wird beispielsweise eine bei Raumtemperatur supraleitende Leiterbahn aus dem erfindungsgemäßen Material mittels eines Focussed-Ion-Beams oder Elektronenstrahls durchtrennt und die Trennstelle mit wenigen Atomlagen eines Isolators gefüllt. Die Schichten sind dabei so nahe beieinander, dass ein Tunneln der Ladungsträger immer noch möglich ist. Eine solche Struktur weist ein bistabiles Verhalten auf. Aus der
DE 2 434 997 ist bekannt, dass auf Basis solcher Josephson-Dioden Josephson-Speicher hergestellt werden können.
Auf Basis eines solchen bei Raumtemperatur supraleitenden Bauelements können Quanten- register-Bits hergestellt werden, worauf später noch eingegangen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung lassen sich auch optische Bauelemente herstellen, die zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), aufweisen, die einen elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung aufweist.
Ebenso lassen sich nach der Erfindung bevorzugt auch magnetische Bauelemente herstellen, die zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), aufweisen, die jeweils zumindest einen elektrischeren Supraleiter im Sinne der Erfindung aufweist. Durch die Einprägung eines Ringstromes kann das erfindungsgemäße Material z.B. als Permanentmagnet verwendet werden. Das Material ist somit z.B. dazu vorgesehen, bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur (Tc) und/oder bei einem externen Magnetfeld unterhalb der kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) betrieben zu werden. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch weist das vorgeschlagene magnetische Bauelement ein Dauermagnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte (Bf) von mehr als 5μΤ auf. Ein solches magnetisches Bauelement ist ein Flussquantengenerator. In diesem Zusammenhang sei auf d ie DE 28 43 647 verwiesen.
Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann auch in elektrischen Maschinen eingesetzt wer- den. Insbesondere können solche Bauelemente zur Messung des Magnetfeldes und damit zur Bestimmung der Rotorposition in rotierenden elektrischen Maschinen eingesetzt werden. Es wird daher eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die eine rotierende Maschine oder ein Linearmotor sein kann, die bzw. der zumindest eine Teilvorrichtung - beispielsweise einen elektromagnetisch arbeitenden Sensor zur Rotorpositionsbestimmung - aufweist, d ie selbst wieder eine Teilvorrichtung, ein Grenzgebiet (GG), aufweist, die einen elektrischen Supraleiter im Sinne der Erfind ung aufweist, womit d ie betreffende elektrische Maschine diese Eigenschaft ebenfalls besitzt. Der Sensor und damit d ie supraleitende Teilvorrichtung kann Teil eines Rotors und/oder eines Läufers und/oder eines Stators der Maschine sein.
Solche magnetischen Sensoren mit zumindest einer bei Raumtemperatur supraleitenden Teilvorrichtung, dem Grenzgebiet (GG), d ie einen elektrischen Supraleiter im Sinne der Erfindung aufweist, sind aufgrund ihrer Empfindlichkeit von besonderem Interesse für die Med izintechnik. Beispielsweise können sie als Sensoren und Antennen für NM R-Anlagen etc. ein- gesetzt werden.
Es wird ferner mit Vorteil vorgeschlagen, mobile Geräte mit solchen Sensoren auszustatten. Das vorgeschlagene mobile Gerät weist daher zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG) auf, das ein elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung ist. In einer weiteren Ausführungsform ist eine solche Teilvorrichtung beispielsweise ein Energiespeicher für das mobile Gerät. Auch ist es denkbar, in Zukunft tragbare Quantencomputer unter Ausnutzung der Eigenschaften des hier beschriebenen Materials zu bauen. Da d ie Kühlvorrichtungen entfallen, ist die Verfügbarkeit des hier beschriebenen Materials ausschlaggebend für die Realisierung solcher tragbarer Quantencomputer.
Des Weiteren wird auch ein Energiespeicher vorgeschlagen, der Energie beispielsweise in Form eines supraleitenden Kreisstroms speichert. Ein solcher Energiespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), aufweist, das ein elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung ist.
Allgemeiner Erfindungsgedanke In ihrer allgemeinsten Form betrifft d ie Erfindung ein Bauelement für elektrische und/oder optische und/oder magnetische und/oder elektronische Anwendungen
mit einem Substrat (GSUb) aufweisendzumindest zwei Schichten (GBI, GB2), • wobei die erste Schicht (G BI) und die zweite Schicht (GB2) aneinander angrenzend angeordnet sind und einen gemeinsamen, sich von der ersten Schicht (GBI) ZU der zweiten Schicht (GB2) erstreckenden Grenzbereich (GG) aufweisen, und
• wobei die erste Schicht (GBI) Graphit mit Graphen-Lagen mit einer ersten Stapelfolge, z.B. mit einer Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H), aufweist und
• wobei die zweite Schicht (GB2) Graphit mit Graphen-Lagen mit einer zweiten Stapelfolge, z.B. mit einer mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Gra- phit-3R), aufweist,
• wobei d ie Gesamtstapelfolge aus erster und zweiter Stapelfolge von der ersten Stapelfolge verschieden ist,
• wobei der Grenzbereich (GFB) ein Grenzgebiet (GG) aufweist,
• wobei das Grenzgebiet (GG) supraleitende Eigenschaften aufweist, und zwar
o bei einer Stromd ichte von 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von 0 Tesla eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, d ie höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/ oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K ist, und/oder
o bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur z. B. von 77 K und einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 eine kritische magnetische Flussd ichte (Bk) aufweist, d ie höher als 1 T und/oder 5 T und/oder 10 T und/oder 20 T und/oder 30 T und/oder 40 T und/oder 50 T ist, und
• wobei das supraleitende Grenzgebiet (GG) an ein elektrisches und/oder magnetisches und/oder elektromagnetisches Signal mit einer Freq uenz größer oder gleich 0 Hertz gekoppelt ist.
Bauelemente mit einer derartigen Stapelfolge sind beispielsweise in den Fign. 26, 27, 31, 32 gezeigt. Vorteil der Erfindung
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Material sowie seine erfindungsgemäße Verwendung wird die energieverlustfreie Nutzung supraleitender elektrischer Leiter bei Raumtemperatur möglich. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt. Beispielsweise können solche Vorrichtungen als Informationsspeicher verwendet werden. Hierbei speichert die supraleitende Teilvorrichtung die Information, während das Magnetfeld sensitive Sensorelement die Information auslesen kann.
Mögliche Anwendungen der Erfindung
Beispielhafte mögliche Anwendungen des Bauelements sind, dass es Teil einer elektrische Leitung und/oder einer elektrische Spule und/oder einer Flachspule und/oder eines Übertrager und/oder eines Mehrtors mit mindestens zwei magnetisch und/oder elektrostatisch miteinander gekoppelten Leitungen und/oder einer Zylinderspule und/oder eines Resonators und/oder eines Mikrowellenresonators und/oder einer Antenne und/oder eines Oszillators und/oder eines elektrischen Kondensatorsund/oder eines Quantenregister-Bits und/oder ei- nes Josephson-Speicher und/oder eines Dauermagneten und/oder eines Rotors einer elektrischen Maschine und/oder eines Läufers einer elektrischen Maschine und/oder eines Stators einer elektrischen Maschine und/oder eines Energiespeichers und/oder eines Quanteninterferenzbauelements und/oder eines Metamaterials und/oder eines digital-optisches Elements und/oder einer mikroelektronischen Schaltung und/oder einer mikromechanischen Vorrichtung und/oder einer mikro-optischen Vorrichtung und/oder einer mikrofluidischen Vorrichtung und/oder eines Flussquantengenerators und/oder einer Messvorrichtung (Sensors) ist.
In vielen Quanteninterferenzanwendungen weist das Bauteil eine Josephson Diode auf oder ist das Bauteil eine solche Josephson-Diode. Exemplarische Beschreibung eines beispielhaften Hall-Bauelements als beispielhaftes elektromagnetisches Sensorbauelement
Bei dem beispielhaften Hall-Bauelement handelt es sich um ein elektronisches Bauelement mit einer Hall-Messstruktur. Vorteilhafter weise kann auf im Stand der Technik verfügbare halbleitende Hall-Strukturen zurückgegriffen werden. Im Sinne der Erfind ung ist es möglich, das Hall-Bauelement durch ein anderes für magnetische Felder empfind liches elektronisches Bauteil, beispielsweise einen GMR-Widerstand oder einen AM R-Sensor zu ersetzen. Ganz allgemein wird also ein elektronisches Bauelement vorgeschlagen, das eine elektronische Teil- Vorrichtung aufweist, die einen elektrischen Parameter in Abhängigkeit von einer Magnetfeldgröße oder von einem anderen Parameter des elektromagnetischen Feldes ändert und somit als Magnetfeldsensor dienen kann.
Auf d iese Teilvorrichtung, also beispielsweise d ie besagte Hall-Struktur, wird das zuvor beschriebene bei Raumtemperatur supraleitende Substrat (GsUb) zusätzlich aufgebracht. Figur 19) Dies kann beispielsweise durch Aufkleben oder Festklemmen mit einem nicht magnetischen Werkstoff (z.B. einem Kleber GL) geschehen. Dad urch weist das elektronische Bauelement, vorzugsweise in seiner unmittelbaren Nähe, zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), auf, d ie ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder und/ oder höher als 360 K aufweist. Nähe bedeutet hierbei, dass ein elektrischer, induktiver, elektromagnetischer, optischer und/oder resisitiver Wirkzusammenhang zwischen dem elektronischen Bauteil und der Teilvorrichtung zumindest teilweise besteht. Ein anderes gleichberechtigtes Merkmal für d ie Supraleitung ist eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K von höher als IT und/oder 50 T. Vorzugsweise wird das zuvor beschriebene Bauelement durch Verwendung der zuvor beschriebenen Graphit-Struktur hergestellt. I n dem Fall ist dann die erste Teilvorrichtung ein erstes Substrat (Gsub) aufweisendzumindest zwei Schichten (GBI, GB2), wobei d ie erste Schicht (GBI) und d ie zweite Schicht (GB2) übereinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Grenzbereich (GFB) aufweisen und wobei zumindest die erste Schicht (GBI) oder d ie zweite Schicht (GB2), besser jedoch beide Schichten (GBI, GB2) über der Hallmessstruktur angeord net ist. I m Falle der Verwendung eines anderen, für magnetische Felder empfindlichen elektronischen Bauteils anstelle einer Hall-Struktur, beispielsweise eines GMR-Widerstands oder eines AM R-Sensors, ist dann zumindest die erste Schicht (GBI) oder d ie zweite Schicht (GB2) über oder in der Nähe der für magnetische Felder empfind lichen Teilstruktur des anderen für magnetische Felder empfind lichen elektronischen Bauteils angeordnet. "In der Nähe" bedeutet dabei, dass ein magnetisches Feld der bei Raumtemperatur supraleitenden Struktur, des Grenzgebiets (GG), auf die für magnetische Felder empfindliche Teilstruktur des anderen für magnetische Felder empfindlichen elektronischen Bauteils so einwirken kann, dass ein elektrischer Strom, messbar in Abhängigkeit von oder in Korrelation mit dem magnetischen Feld der bei Raumtemperatur supraleitenden Struktur, verändert wird.
Der erste Schichtbereich (GBI) besteht aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) mit z. B. mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage und der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit rhomboed rischer Kristall- struktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) mit z. B. mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage.
Die Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) weisen bevorzugt eine Orientierung ihrer Flächennormalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der ersten Schicht (GBI) auf. Die Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) weisen bevorzugt eine Orientierung ihrer Flächennormalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der zweiten Schicht (GB2) auf.
Zumindest ein Teilbereich des Grenzbereichs (GFB), das Grenzgebiet (GG), weist dann wieder supraleitende Eigenschaften auf, wobei der betreffende Teilbereich des Grenzbereichs (GFB) supraleitend im Sinne der Erfindung ist.
Es hat sich gezeigt, dass eine Dotierung, insbesondere mit Bor oder anderen MI/IV/V-Elemen- ten, in manchen Fällen sinnvoll für eine Beeinflussung der Sprungtemperatur (Tc) ist. Die Dotierung beispielsweise mit Bor d ient dabei beispielsweise dem elektrischen Anschluss der Grenzschicht. Zumindest der erste Schichtbereich (G BI) oder der zweite Schichtbereich (GB2) ist bevorzugt über oder in der Nähe einer Hallmessstruktur oder einem anderen Magnetfeld sensitiven Sensor oder Sensorelement angeord net. H ierbei bedeutet Nähe, dass ein magne- tisches Feld, dass d urch einen Strom in dem Grenzbereich (G FB) oder dem ersten Schichtbereich (GBI) oder dem zweiten Schichtbereich (GB2) erzeugt wird, einen Parameter, insbesondere ein Messsignal, der Hallmessstruktur oder des anderen magnetfeldsensitiven Sensors oder Sensorelements ändern kann. Für den Fachmann ist einsichtig, dass auf d iesem hier offenbarten Grundprinzip jede integrierte Schaltung im Stand der Technik mit dem zuvor beschriebenen, bei Raumtemperatur supraleitenden Substrat (GsUb) kombiniert werden kann. Hierfür wird das zuvor beschriebene, bei Raumtemperatur supraleitende Substrat (Gsub) auf dem integrierten Schaltkreis als Träger (Subi) aufgebracht oder in diesen eingebracht. Dies kann beispielsweise (aber nicht nur) d urch Aufkleben oder Festklemmen mit einem nicht magnetischen Werkstoff geschehen. Die integrierte Schaltung umfasst dann auch das supraleitende Substrat (Gsub) als Teilvorrichtung der integrierten Schaltung. Dadurch weist d ie integrierte elektronische Schaltung zumindest eine Teilvorrichtung, nämlich das Grenzgebiet (GG), auf, das ein elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung ist. Dies beispielsweise ist dann von Vorteil, wenn das Sig- nal des Hall-Elements noch verstärkt werden soll. Vorzugsweise wird das zuvor beschriebene Bauelement d urch Verwendung der zuvor beschriebenen Graphit-Struktur hergestellt. I n dem Fall ist d ie erste Teilvorrichtung ein erstes Substrat (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichten (GBI, GB2), wobei d ie erste Schicht (GBI) und die zweite Schicht (GB2) übereinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Grenzbereich (GFB) aufweisen und wobei zumin- dest d ie erste Schicht (GBI) oder d ie zweite Schicht (GB2) auf einer Oberfläche der integrierten Schaltung angeordnet ist/sind .
Erfindungsgemäße Bauelementstruktur mit modifizierten Materialien
Es wird basierend auf dem vorher Beschriebenen als Verallgemeinerung der Erfind ung ein elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement mit einem modifizierten Graphit-Material vorgeschlagen. Es wurde erkannt, dass geänderte Graphen- Stapelfolgen und Stapelfehler zu einer Änderung des Ordnungsparameters Δ führen können, der typischerweise proportional zur Sprungtemperatur Tc des Leiters ist, was zu einer gezielten Modifikation der Sprungtemperatur (Tc) genutzt werden kann. Es wurde im Rahmen der Entstehung der Erfindung somit erkannt, dass d urch eine geeignete Abweichung von der zuvor beschriebenen Gesamtstapelfolge aus einer ersten insbesondere bemalen Stapelfolge und einer zweiten insbesondere rhomboedrischen Stapelfolge d ie Sprungtemperatur (Tc) des Substrates (GSUb) im Grenzbereich beider Stapelfolgen mod ifiziert werden kann. Nachdem nun für die Gesamtstapelfolge aus bernalem und rhomboedrischen Graphit bekannt ist, dass Raumtemperatursupraleitung in einem Grenzgebiet (GG) möglich ist, ist auch offenbar, dass durch eine Modulation der Stapelfolgen der Graphen-Ebenen in der Abfolge der Graphen- Ebenen in einem Graphit-Kristall tatsächlich d ie Supraleitersprungtemperatur Tc und ggf. auch andere elektrische Eigenschaften der Gesamtstapelfolge modifiziert werden können. Es wird daher vorgeschlagen, ausgehend von der Gesamtstapelfolge aus bernalem und rhomboedrischen Graphit für das Substrat (GSUb) die sich ergebende Gesamtstapelfolge zu variieren und auf d iese Weise die Sprungtemperatur (Tc) und die kritische Flussdichte (Bc) entsprechend der gewünschten Anwendung zu mod ifizieren, womit sich supraleitende Eigenschaften im Sinne der Erfindung einstellen. Es wurde daher erkannt, dass neben der oben offenbarten, tatsächlich Raumtemperatursupraleitung aufweisenden Kombination eines rhomboedrischen Graphitkristalls als zweite Schicht (GB2) mit einem bemalen Graphitkristall als erste Schicht (GBI) im Grenzgebiet (GG) weitere Graphen-Schicht-Stapelfolgen als Gesamtstapelfolge Supraleitung mit typischerweise abweichender Sprungtemperatur (Tc) zeigen werden. Es wird daher als Verallgemeinerung dieses erkannten Prinzips ein elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement mit abweichender Sprungtemperatur (Tc) und abweichender kritischer magnetischer Flussd ichte (Bc) vorgeschlagen, das ein erstes Substrat (GSUb) aufweisend zumindest zwei Schichten (GB2, GBI) umfasst. Die erste Schicht (GBI) und d ie zweite Schicht (GB2) sind übereinander angeordnet und besitzen einen gemeinsamen ersten Grenzbereich (GFI) zwischen der ersten Schicht (GBI) und der zweiten Schicht (GB2). I nsofern stimmt d iese Anord nung mit der zuvor beschriebenen Anordnung überein. Bevorzugt besteht d ie erste Schicht (GBI) aus Graphit mit einer ersten Stapelfolge von z. B. mindestens 3 Graphen-Schichten. Die 3 Graphen-Schichten ergeben sich als M indestzahl, um zwischen einer bemalen und rhomboedrischen Stapelfolge unterscheiden zu können. Es wurde bei der Entstehung der Erfindung erkannt, dass eine größere Anzahl von Graphen-Schichten vorteilhaft ist, um mit Sicherheit den gewünschten supraleitenden Effekt zu erzielen. Bevorzugt ist daher ein Graphen-Schicht-Paket mit wesentlich mehr als 3 Graphen-Schichten als erste Schicht (GBI). Die zweite Schicht (GB2) besteht aus Graphit mit einer zweiten Stapelfolge von Graphen-Schichten.
Die Gesamtstapelfolge aus der Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) und der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) und der gemeinsamen Grenzfläche (GF) entspricht dabei nicht der Stapelfolge der ersten Schicht (GBI). Das bedeutet, dass es an der Grenze zwischen der ersten Schicht (GBI) und der zweiten Schicht (GB2) ZU einem Stapelfehler kommt. Eine wesentliche Erkenntnis dieser Erfindung ist es, dass nicht nur Punkt-Gitter-Fehler wie z.B. Fremdatome zur Veränderung elektronischer Eigenschaften von Materialien verwendet werden können, sondern auch Stapelfehler leitfähiger Materialien. I n diesem Fall ist das leitfähige Material Graphit. Bei einem Halbleiter werden durch Dotierung isolierende, n-halbleitende und p- halbleitende Bereiche geschaffen. Es ist eine wesentliche Erkenntnis d ieser Erfindung, d urch stapelfehlerind uzierte Mod ifikation des Materials (hier Graphit) zum einen supraleitende Teilbereiche und nicht-supraleitende Teilbereiche innerhalb eines Substrats (GSUb) zu schaffen und zum anderen die Sprungtemperatur (Tc) durch d ie Kombination von Stapelfolgen der Graphen-Schichten zu mod ifizieren. Das Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich der Gesamtstapelfolge, nämlich das Grenzgebiet (GG), supraleitende Eigenschaf- ten im Sinne der Erfind ung aufweist.
Dabei hängen in bevorzugten Realisierungen die Sprungtemperatur (Tc) oder die kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K von der Gesamtstapelfolge ab. Die Sprungtemperatur (Tc) sollte durch die geeignete Wahl der Stapelfolge so eingestellt werden, dass sie höher ist als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder das d ie kritische magnetische Fluss- dichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist. Wie oben bereits erläutert, besteht eine mögliche Gesamtstapelfolge für die Einstellung von supraleitenden Eigenschaften bei Raumtemperatur aus einer Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) in Form einer bemalen Stapelfolge in Kombination mit einer Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) in Form einer rhom- boedrischen Stapelfolge. Bevorzugt hat die Grenzfläche (GFI) eine Orientierung ihrer ersten Flächennormalen ( nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der ersten Schicht (GBI) und eine Orientierung ihrer ersten Flächennormalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der zweiten Schicht (GB2).
Das erste Substrat (GSUb) wird bevorzugt so strukturiert, dass die Außenkante der Grenzfläche (GFI) in zumindest einem Teilbereich des ersten Substrats (GSUb) durch Bearbeitung verändert wird. Hierzu sei auf die Ausführungen oben ausdrücklich verwiesen.
Um das elektrische Bauteil betreiben zu können, sollte die Grenzfläche (GFI) zumindest einen elektrischen Kontakt aufweisen, der dazu vorgesehen oder geeignet ist, die Grenzfläche (GFI) oder einen diese enthaltenden Grenzbereich (GFB) elektrisch mit einem elektrischen Leiter zu verbinden. Es ist allerdings auch denkbar, supraleitende Bauelemente rein kapazitiv oder induktiv, also ohne Kontakt, anzuschließen. Ein bei Raumtemperatur supraleitendes magnetisches Bauelement kann beispielsweise eine Teilvorrichtung mit einem supraleitenden Ring aufweisen, in dem ein zuvor induzierter Permanentstrom fließt. Eine solche Teilvorrichtung verhält sich ähnlich einem Permanentmagneten.
Zur direkten Kontaktierung sollte die Grenzfläche (GFI) oder ein diese enthaltender Grenzbereich (GFB) bevorzugt zumindest einen elektrischen Kontakt aufweist, der dazu vorgesehen oder geeignet ist, die Grenzfläche (GFI) oder den diese enthaltenden Grenzbereich (GFB) bzw. das Grenzgebiet (GG) elektrisch mit einem elektrischen Leiter zu verbinden.
Wie oben bereits erwähnt, handelt es sich bei der ersten Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) bzw. bei der zweiten Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) bevorzugt jeweils um die Stapelfolge von bernalem Graphit und um die Stapelfolge von rhomboedrischen Graphit.
Andere Stapelfolgen können synthetisiert werden, wobei es sich hierbei mikroskopisch um Kombinationen von A-, B- und C- Positionierungen von Graphen-Schichten handeln sollte. Die Abfolge kann aber variiert werden, was die Sprungtemperatur (Tc) bzw. die kritische magnetische Flussdichte (Bc) beeinflusst. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist d ie erste Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) gleich der zweiten Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2). Die zweite Stapelfolge ist in dieser Variante aber gegenüber der ersten Stapelfolge um einen translatorischen Verschiebungsvektor längs der ersten Grenzfläche (GFI) versetzt. Auch ist ein rotatorischer Ver- satz denkbar. Es entsteht dann aufgrund des rotatorischen Versatzes um eine Drehachse ein Morie-M uster in den elektrischen Eigenschaften des modifizierten Graphits. Bei einem solchen Bauelement ist bevorzugt die erste Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) gleich der zweiten Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2), wobei die zweite Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) gegenüber der ersten Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) um einen Winkel ungleich null um eine Flächennormale der ersten Grenzfläche (GFI) verd reht ist.
Statt Gleichheit kann auch Ungleichheit der Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) mit der der zweiten Schicht (GB2), also beispielsweise bernaler Graphit in Kombination mit rhomboed ri- schem Graphit, verwendet werden. Dabei ist d ie Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) nicht gleich der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2). Wie bei einer PN-Diode bei der Dotierung von Halbleitern können Mehrschicht-Strukturen definiert werden, die PN P- oder NPN-Strukturen der Halbleitertechnik strukturell entsprechen. H ierzu wird eine d ritte Schicht (GB3) eingeführt, die zusammen mit der ersten Schicht (GBI) die zweite Schicht (GB2) von oben und unten einschließt (siehe Figur 31).
In dieser Variante mit drei Schichten (GBI, GB2, GB2) weist ein erfindungsgemäßes Bauele- ment eine Teilvorrichtung auf, die ein erstes Substrat (Gsub) mit zumindest d rei Schichten
(GBI, GB2, GB3) umfasst. Die erste Schicht (GBI) und d ie zweite Schicht (GB2) sind übereinander angeordnet und weisen zwischen sich einen Grenzbereich mit supraleitendem Grenzgebiet auf. Zusätzlich sind in d ieser Variante d ie zweite Schicht (GB2) und d ie d ritte Schicht (GB3) übereinander angeordnet und weisen einen gemeinsamen Grenzbereich mit supraleitendem Grenzgebiet auf. Die erste Schicht (GBI) besteht aus Graphit mit einer Stapelfolge von z. B. mindestens 3 Graphen-Schichten. Auch d ie dritte Schicht (GB3) besteht aus Graphit mit einer Stapelfolge von z. B. mindestens 3 Graphen-Schichten. Die zweite Schicht (GB2) besteht aus Graphit mit einer Stapelfolge von Graphen-Schichten. Hierbei kann die zweite Schicht (GB2) auch nur eine Graphen-Schicht oder nur zwei Graphen-Schichten oder mindestens 3 Graphen-Schichten umfassen. I nsofern ist der Begriff "Schichtfolge der zweiten Schicht (GB2)" weiter gefasst, da er in d ieser Variante eine Schichtenfolge mit nur einer einzelnen Graphen- Schicht umfassen kann. Wie zuvor soll die Gesamtstapelfolge keiner der Stapelfolgen der d rei Schichten (GBI, GB2, GB3) entsprechen. Handelt es sich bei der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) um eine einzelne Graphen-Schicht, so ist d iese Stapelfolge im Sinne dieser Erfindung als abweichend von den anderen Stapelfolgen anzusehen. Handelt es sich bei der Stapelfolge de r zweiten Schicht (GB2) um zwei Graphen-Schichten, so ist diese zweite Stapelfolge des zweiten Schichtbe- reichs (GB2) im Sinne der Erfindung als eine bemale Stapelfolge anzusehen.
Wichtig ist, dass wieder die Gesamtstapelfolge aus der Stapelfolge der ersten Schicht (GB2) und der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) und der Stapelfolge der d ritten Schicht (GB3) und des ersten Grenzbereichs (GFI) oder dessen Grenzgebiets und des zweiten Grenzbereichs (GF2) oder dessen Grenzgebiets in ihrer Gesamtheit nicht der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) entspricht. Bevorzugt sollte die Gesamtstapelfolge in ihrer Gesamtheit auch nicht der Stapelfolge der dritten Schicht (GB3) entsprechen. Bevorzugt sollte die Gesamtstapelfolge in ihrer Gesamtheit auch nicht der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) entsprechen. Bevorzugt sollte die zweite Grenzfläche (GF2) eine Orientierung ihrer zweiten Flächennormalen (nF2) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der d ritten Schicht (GB3) aufweisen und eine Orientierung ihrer zweiten Flächennormalen (nF2) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters der Graphen-Schichten der zweiten Schicht (GB2) aufweisen.
Bevorzugt handelt es sich in einer weiteren Variante des vorgeschlagenen Bauelements bei der Stapelfolge der d ritten Schicht (GB3) um die Stapelfolge von rhomboed rischen Graphit oder um die Stapelfolge von bernalem Graphit.
In einer bevorzugten Ausführungsform zur Erzeugung der zweidimensionalen Störung und zur Mod ifizierung der elektronischen Eigenschaften ist vorgesehen, dass die Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) gleich der Stapelfolge der dritten Schicht (GB3) ist, d iese Stapelfolge aber gegenüber der Stapelfolge der ersten Schicht um einen translatorischen Vektor längs der ersten Grenzfläche (GFI) versetzt ist. I n einer weiteren Ausführungsform ist die Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) gleich der Stapelfolge der dritten Schicht (GB3), d iese Stapelfolge kann aber gegenüber der Stapelfolge der ersten Schicht um einen Winkel ungleich null um die Flächennormale der ersten Grenzfläche (GFI) verdreht sein.
Ebenso kann die Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) gleich der Stapelfolge der dritten Schicht (GB3) sein, d iese Stapelfolge kann aber gegenüber der Stapelfolge der zweiten Schicht um einen translatorischen Vektor längs der zweiten Grenzfläche (GF2) versetzt sein. I n einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) gleich der d ritten Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (G B3), die dritte Stapelfolge aber gegenüber der zweiten Stapelfolge um einen Winkel ungleich null um die Flächennormale der zweiten Grenzfläche (GF2) verdreht.
Als erste prinzipielle Möglichkeit kann also die Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) gleich der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) sein und/oder d ie Stapelfolge der d ritten Schicht (GB3) gleich der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) sein und/oder d ie Stapelfolge der dritten Schicht (GB3) gleich der Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) sein.
Als zweite prinzipielle Möglichkeit kann die Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) nicht gleich der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) sein und/oder d ie Stapelfolge der dritten Schicht (GB3) nicht gleich der Stapelfolge der zweiten Schicht (GB2) sein und/oder die Stapelfolge der dritten Schicht (GB3) nicht gleich der Stapelfolge der ersten Schicht (GBI) sein.
Erfindungswesentlich ist, dass die sich ergebende Gesamtstapelfolge den besagten Stapelfehler aufweist, der zur geeigneten Veränderung der Sprungtemperatur (Tc) und/oder der kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) führt. Beispielsweise ist der Übergang von einer bemalen Stapelfolge auf eine rhomboedrische Stapelfolge ein solcher Stapelfehler.
Weiter oben ist für d ie erste Schicht eine M indestdicke von d rei Graphen-Lagen angegeben. Es wurde aber bei der Entstehung der Erfindung erkannt, dass die Beobachtbarkeit des Effekts steigt, wenn d ie Anzahl der verwendeten Graphen-Schichten größer ist. Der Schicht (GBI) sollte daher mindestens drei und/oder besser mindestens sechs und/oder besser mindestens 10 und/oder besser mindestens 20 und/oder besser mindestens 50 und/oder besser mindestens 100 Graphen-Schichten umfassen.
Der dritte Schichtbereich (GB3), der in der dritten Stapelfolge (GB3) angeordnet ist, sollte da- her mindestens drei, besser noch mindestens sechs, vorzugsweise mindestens 10, insbesondere mindestens 20, vornehmlich mindestens 50 und ganz bevorzugt mindestens 100 Graphen-Schichten umfassen.
Der zweite Schichtbereich (GB2), der in der zweiten Stapelfolge (GB2) angeordnet ist, sollte mindestens eine oder zwei oder besser mindestens drei, besser noch mindestens sechs, vor- zugsweise mindestens 10, insbesondere mindestens 20, vornehmlich mindestens 50 und ganz bevorzugt mindestens 100 Graphen-Schichten umfassen.
Auf ein erfindungsgemäßes Bauelement kann das vorgeschlagene Verfahren zum Transport von elektrischen Ladungsträgern angewendet werden. Hierzu wird besagtes Bauelement bereitgestellt und ohmsch und/oder induktiv und/oder kapazitiv kontaktiert. Erste Ladungsträ- ger werden in den supraleitenden Teilbereich, das Grenzgebiet (GG), an einer ersten Stelle eingespeist und bis auf die quantenmechanische Unschärfe gleichzeitig zweite Lad ungsträger gleicher Polarität an einer zweiten Stelle des Bauelements, die von der ersten Stelle verschieden ist, aus dem supraleitenden Teilbereich, d. h. dem Grenzgebiet (GG), entnommen.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn eine oder mehrere Graphen-Schicht des ers- ten Substrats (GSUb) durch Fremdatome dotiert sind . Auch kann es vorteilhaft sein, die G raphen-Schichten isotopenrein herzustellen. Es kann dementsprechend vorteilhaft sein, wenn zumindest eine Graphen-Schicht des ersten Substrats (GSUb) isotopenrein ist oder zumindest eine Graphen-Schicht des ersten Substrats (GSUb) eine gegenüber lebendem organischen biologischen Material der Erdoberfläche eine um mindestens 10% besser 50%, besser 100% ab- weichende Konzentration von C13-lsotopen aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Graphen-Schichten mit 100% C13-lsotopen und/oder 100% C14 Isotopen. Auch die Verwendung von C14-lsotopen anstelle der C13-lsotopen ist möglich. Beschreibung möglicher Quantenbauelemente
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass mit Supraleitern sogenannte Cooper-Paar- Boxen hergestellt werden können. Diese erfordern im Stand der Technik jedoch eine Kühlung, um die Supraleitung erzeugen zu können. Dieser gravierende Nachteil kann mit den oben beschriebenen Materialien bei erfindungsgemäßer Wahl der Stapelfolgen vermieden werden.
Demzufolge ist eine bevorzugte Ausführungsform ein elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 13) mit einem Leiter (W), wobei als Material des Leiters (W) bevorzugt ein Graphen-Schichtpaket mit einer bei Raumtemperatur supraleitenden Teil- struktur - insbesondere einem Grenzgebiet (GG), wie oben beschrieben, eingesetzt wird.
Im Folgenden wird der Leiter (W) als aus mehreren Teilabschnitten (Wla, Wlb, W2a, W2b) bestehend beschrieben. Der Leiter (W) ist bevorzugt in einen ersten Leiterzweig (Wla, Wlb) und einen zweiten Leiterzweig (W2a, W2b) aufgeteilt. Der erste Leiterzweig (Wla, Wlb) und der zweite Leiterzweig (W2a, W2b) sind bevorzugt so angeordnet, dass sie zumindest teil- weise zwischen sich eine Öffnung (Ol) umschließen. Der Leiter (W) weist dabei im Gegensatz zum Stand der Technik zumindest teilweise eine im Sinne der Erfindung supraleitendes Material auf.
Bevorzugt weist in einer weiteren Ausgestaltung des Bauteilelements zumindest der erste Leiterzweig (Wla, Wlb) eine eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TUi) (Jo- sephson Junction) auf. In einer weiteren Ausgestaltung weist auch der zweite Leiterzweig (W2a, W2b) eine eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TU2) auf. Bevorzugt wird jede der Phasendifferenz einführenden Schwachstellen durch einen Isolator oder eine lokale Modifikation der Stapelfolge der Graphen-Schichten gebildet. Die Lücke, die die jeweilige Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TUi, TU2) somit in dem jeweiligen Zweig darstellt, ist bevorzugt kleiner als Ιμιη, besser kleiner als 500nm, weiter besser kleiner als 200nm, noch besser kleiner als lOOnm, insbesondere besser kleiner als 50nm, besonders bevorzugt kleiner als 20nm, in weiterer Weise noch bevorzugter kleiner als lOnm, besser kleiner als 5nm, noch besser kleiner als 2nm und insbesondere kleiner als lnm und am meisten bevorzugt kleiner als 0,5nm. Bevorzugt wird daher die jeweilige Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TUi, TU2) mittels Ionen- oder Elektronenstrahlbearbeitung gefertigt.
Theoretisch kann die eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle statt durch einen Isolator auch durch einen bei Raumtemperatur normalleitenden Bereich (z.B. durch Störung der Stapelfolge) oder durch Metall oder durch normalleitenden Graphit (z.B. durch Störung der Stapelfolge) oder durch eine Verringerung zumindest eines Querschnittmaßes, insbesondere der Breite und/oder der Dicke des Leiters (W), gebildet werden.
In einer weiteren Ausprägung kann die eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TUI, TU2) mit einer Steuerelektrode (Gl, G2) bedeckt sein, die gegenüber dem Leiter (W) elektrisch isoliert ist.
In einer anderen Ausprägung des vorgeschlagenen Bauelements ist ein Teilbereich eines Leiterzweiges (Wla, Wlb) mit einer Steuerelektrode (Gl) bedeckt, die gegenüber dem Leiter (W) elektrisch isoliert ist. Hierdurch ist eine kapazitive Kopplung dieses Leiterteilbereiches beispielsweise an eine Spannungsquelle möglich. Es wird vorgeschlagen, mittels einer elektrischen Schaltung, zu der ein vorgeschlagenes elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement gehört, mittels einer Spannung (vi) zwischen einem Leiterzweig (Wlb, W2b) und zumindest einer Steuerelektrode (Gl) das vorgeschlagene elektrische Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement durch eine Steuerspannungsquelle (VI) zu steuern.
Bevorzugt wird dabei der Leiter (W) auf einem elektrisch normal leitenden oder halbleitenden Träger (Subi), beispielsweise einem Silizium-Wafer gefertigt. Es ist aber auch möglich, den Leiter auf einem isolierenden Träger (Subi), beispielsweise einem Glas-Substrat oder einem elektrisch isolierenden Kristall (z.B. Saphir) zu fertigen. Bevorzugt wird der Leiter (W) gegenüber einem elektrisch normal leitenden oder halbleitenden Träger (Subi) elektrisch isoliert. Dies kann beispielsweise durch Aufdampfen von Siliziumdioxid oder der gleichen o- der durch thermische Oxidation des Trägers (Subi) geschehen. Die so erstellten elektronischen Bauelemente und/oder Quanteninterferenzbauelemente können typischerweise zu komplexeren Schaltungen zusammengeschaltet werden. Die Zusammenschaltung kann durch elektrischen Kontakt der Bauelementanschlüsse oder durch Feldkopplung mittels elektrischer Felder (kapazitiv) oder magnetischer Felder (induktiv) er- folgen. Eine solche elektrische Schaltung kann auch konventionelle Bauelemente umfassen. Diese können beispielsweise als integrierte Bauelemente in einem halbleitenden Träger (Subi) realisiert sein. Es wird daher eine elektrische Schaltung vorgeschlagen, die zumindest ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelemente umfasst. Des Weiteren wird ein elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 34) mit einem Leiter (W, Wla, Wlb) vorgeschlagen, bei dem das elektrische Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement eine Teilvorrichtung aufweist, die die Funktion einer Cooper-Paar-Box (engl. Cooper-Paar-Box) hat. In einer solchen Cooper-Parr-Box kommt es zu einer Reflektion der Welle der Zustandsfunktion des Cooper-Paares an den Grenzen der Cooper-Paar-Box. Diese vorgeschlagene Teilvorrichtung weist zumindest einen Leiter (W) auf, der zumindest teilweise ein Material aufweist, das im Sinne der Erfindung supraleitend ist. Dieser Leiter (W) wird durch eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TUi) in einen ersten Leiterabschnitt (Wla) und einen zweiten Leiterabschnitt (Wlb) unterteilt. Der erste Leiterabschnitt (Wla) kann elektrisch mittels eines ersten Knotens (Nl) kontaktiert werden. Der zweite Leiterabschnitt (Wlb) kann mittels einer Koppelkapazität (Cg) kapazitiv über einen zweiten Knoten (N2) kontaktiert werden. Damit ist der zweite Leiterabschnitt (Wlb) auf der einen Seite durch die Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TUi), die beispielsweise wieder aus einem Isolator gefertigt sein kann, und auf der anderen Seite durch Koppelkapazität (Cg) isoliert. Der zweite Leiterabschnitt (Wlb) bildet damit die Cooper-Paar-Box.
Eine weitere Variante des zuvor vorgeschlagenen elektrischen Bauelements weist statt einer Phasendifferenz einführenden Schwachstelle (TUi) zusätzlich eine weitere eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle (TU2) auf. Es handelt sich dabei also um ein elektrisches Bau- element und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 35), bei dem das elektrische Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement eine Teilvorrichtung aufweist, die die Funktion einer Cooper-Paar-Box (engl. Cooper-Pair-Box) hat, und bei dem die Teilvorrichtung einen Leiter (W) aufweist, der durch die beiden Phasendifferenz einführenden Schwachstellen (TUi, TU2) in einen ersten Leiterabschnitt (Wla), einen zweiten Leiterabschnitt (Wlb) und in einen dritten Leiterabschnitt (Wie) unterteilt ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Leiter (W) zumindest teilweise aus einem im Sinne der Erfindung supraleitendem Material gefertigt. Der erste Leiterabschnitt (Wla) kann elektrisch mittels eines ersten Knotens (Nl) kontaktiert werden, der zweite Leiterabschnitt (Wlb) kann mittels einer Koppelkapazität (Cg) kapazitiv über einen zweiten Knoten (N2) kontaktiert werden und der dritte Leiterabschnitt (Wie) kann elektrisch mittels eines dritten Knotens (N3) kontaktiert werden. Somit stellt auch in diesem Beispiel der zweite Leiterabschnitt (Wlb) eine Cooper-Paar-Box dar.
Erfindungsgemäß ausgeführtes Metamaterial
Es wird nun auf Basis solcher Quanteninterferenzbauelemente ein Metamaterial vorgeschla- gen, das eine zweidimensional periodischen Anordnung von n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) mit n und m als ganze positive Zahlen und l<i<n und l<j<m besteht. Die n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) bilden dabei bevorzugt ein zweidimensionales translatorisches oder rotatorisches Gitter. Jede der Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) umfasst dabei bevorzugt zumindest einen Leiter (Wi,j). Diese Leiter (Wy) werden bevorzugt aus einem Raumtem- peratursupraleitermaterial hergestellt. Dabei bildet bevorzugt jede Metamaterialteilstruktur (MTSi,j), die nicht am Rand des Metamaterials liegt und die zumindest zu dieser benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS(i-i),j, MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) eine Teilvorrichtung eines Quanteninterferenzbauelements. Somit ergibt sich ein Metamaterial mit einer zweidimensional periodischen Anordnung von (n-l)*(m-l) Quanteninterferenzbauelementen mit (n-1) und (m-1) als ganze positive Zahlen. Jede dieser Metamaterialteilstruktur (MTSi,j) umfasst dabei bevorzugt zumindest einen Leiter (Wy), der mit den benachbarten Leitern (W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)) der benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS<i- i),j, MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) ohmsch, insbesondere durch leitende oder supraleitende Verbindun- gen zwischen den Leitern (Wi,j, W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)) und/oder induktiv, d urch Öffnungen in den Leitern (Wy, W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)), und/oder kapazitiv, durch Koppelflächen der Leiter (Wi , W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)), verbunden ist.
Jede der Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) weist somit bevorzugt zumindest einen zugehö- rigen Leiter (Wy) auf. Dieser Leiter (Wi,j) wird bevorzugt aus zumindest teilweise aus einem Material gefertigt, das im Sinne der Erfindung supraleitend ist.
Die elektrische Verbind ung zwischen den benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j, MTS(i+i),j, MTS(i-i),j, MTSi,(j+i), MTS^Q-I)) kann auch durch eine Phasenverschiebung einführende Schwachstellen (TUi,i,j, TU0,i,j, TUI Q-I), TU0,(i+i),j) hergestellt werden. Es wird somit ein Meta- material vorgeschlagen, bei dem Leiter (Wy) von Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) mit Leitern (W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i),) von benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS(i-i),j, MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) über die besagten Phasenverschiebung einführenden Schwachstellen (TUi,i,j, TU0,i,j, TUi,i,(j-i), TU0,(i+i),j), insbesondere Josephson-Verbindungen (englisch: Jo- sephson junctions), verbunden sind . Hierdurch können mehrere Metamaterialteilstrukturen (z.B. MTSij, MTS(i+i),j, MTSi,(j+i), MTS(i+i),(j+i)) jeweils ein Quanteninterferenzbauelement bilden. H ierdurch ergibt sich dann das besagte Metamaterial mit einer zweid imensional periodischen Anordnung von (n-l)*(m-l) Quanteninterferenzbauelementen mit (n-1) und (m-1) als ganzen positiven Zahlen. Statt einer zweid imensionalen Anordnung ist d urch period ische Stapelung solcher zweid imensionaler Metamaterialien auch eine dreid imensionale Anordnung der Metamaterialteilstrukturen (z.B. MTSi,j,k) denkbar. Hierdurch ergibt sich dann eine dreidimensionale Anordnung der sich ergebenden Quanteninterferenzbauelemente.
Solche zweidimensionalen Metamaterialien können als Abschirmung oder als Filter für elektromagnetische Wellen oder als digital-optisches Element (siehe z.B. B. C. Kress, P. Meyrueis, „Applied Digital Optics: from micro-optics to nanophotonics" ISBN 987-0-470-02263-4, 2009 John Wiley &Sons Ltd) für elektromagnetische Strahlung eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist beispielsweise der Einsatz als ein- oder zweid imensionales Gitter von verschränkten Flussquanten in Quantensystemen (z.B. Quantencomputern). Für letzteres ist es sinnvoll, nur eine eind imensionale periodische Anordnung von (n-1) Quanteninterferenzbauelementen mit (n-1) als ganze positive Zahl vorzusehen. Dies erfordert eine zweid imensionale Anordnung von n*2 Metamaterialteilstrukturen.
Ein Metamatrial kann sich beispielsweise auch durch supraleitende Granulierung im Grenz- bereich in Form mehrerer Grenzgebiete ergeben, d ie insoweit eine Körnung darstellen können. Diese Granulierung kann sich ggf. selbstständ ig einstellen. Diese Granulierung zeigt nicht unbed ingt eine regelmäßige Ord nung. Sie soll aber im Sinne dieser Erfind ung als erfindungsgemäßes Metamaterial angesehen werden.
Anwendung bei Maschinen
In einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Teilvorrichtung, d ie zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das ein elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung ist, Teil einer elektrischen Maschine, bevorzugt einer rotierenden Maschine und/oder eines Linearmotors. Bevorzugt ist die supraleitende Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), Teil eines Rotors und/oder eines Läufers (LF) und/oder eines Stators der Maschine. Im weitesten Sinne wird somit mit der Erfindung auch eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die eine rotierende Maschine oder ein Linearmotor sein kann. Der Läufer (LF) der Maschine kann in dem Beispiel der Figuren 35 und 36 Bewegungen um alle seine sechs Freiheitsgrade ausführen. Diese einfachste vorgeschlagene Maschine zeichnet sich durch eine supraleitende Teilvorrichtung im Sinne dieser Erfindung aus. Bevorzugt sollte die supralei- tende Teilvorrichtung Teil eines Rotors und/oder eines Läufers (LF) und/oder eines Stators der Maschine sein. Es ist aber auch denkbar, dass sich d ie supraleitende Vorrichtung beispielsweise zur Absenkung eines elektrischen Zuleitungswiderstandes in einer Steuerung der Maschine befindet, die im Sinne der Erfindung als Teil der Maschine interpretiert wird.
Entsprechend dem vorher Beschriebenen wird somit als Variante der Erfind ung auch eine elektrische Maschine vorgeschlagen, bei der d ie Maschine einen Läufer (LF) und einen Stator (Subi) aufweist und bei der der Stator (Subi) und/oder der Läufer (LF) eine im Sinne der Erfindung supraleitende Teilvorrichtung (Grenzgebiet (GG)) aufweist. Der Stator (Subi) und der Läufer (LF) üben dann erfindungsgemäß mittels der Teilvorrichtung aufeinander eine Kraft aus, die magnetischen oder elektrostatischen Ursprungs ist.
An diesem Punkt ist erkennbar, dass für sehr kleine Maschinen eine Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere HF Strahlung, aber auch optischer Strahlung, bei geeigneter Auslegung des Läufers (LF) oder des Rotors insbesondere mit kleinerer bewegter Masse als nano- oder mikromechanische Maschine möglich ist. Eine solche elektrische Maschine weist einen Läufer (LF) oder einen Rotor oder einen Stator (Subi) auf und ist dazu vorgesehen, mit einer elektromagnetischen Welle außerhalb der elektrischen Maschine in Wechselwirkung zu treten. Im Sinne der Erfindung sind Aktuatoren, bei denen eine mechanische Kraft unter Nutzung einer supraleitenden Teilvorrichtung des Aktuators Verwendung findet, elektrische Maschinen.
Beschreibung der Figuren
Die Figuren stellen schematisch vereinfachte Prinzip-Skizzen dar. Figur 1 zeigt für ein beispielhaft vorgeschlagenes Herstellungsverfahren den ersten Schritt der Bereitstellung (1) eines Substrats (Gsub) mit einem ersten Schichtbereich (GBI) und einem zweiten Schichtbereich (GB2) und einer Grenzfläche (GFB). In einer bevorzugten Realisierung bestehen beispielsweise der erste Schichtbereich (GBI) aus bernalem Graphit und der zweite Schichtbereich (GB2) aus rhomboedrischen Graphit. Figur 2 zeigt einen ersten bevorzugten Schritt der Bearbeitung des Substrats (GSUb) der Figur 1 mit dem dritten Schritt des Abdünnens (3) eines„betreffenden" Schichtbereiches (GBI, GB2), hier des ersten Schichtbereichs (GBI) und der Schaffung einer unteren Grenzfläche (UGF) parallel zum Grenzbereich (GFB) nach bereits erfolgtem Feststellen (2) der Orientierung der Flächennormalen
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der Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) innerhalb des Sub- strats (Gsub) als zweiten Verfahrensschritt.
Figur 3 zeigt den bevorzugten Schritt des Befestigens (5) des vorzugsweise abgedünnten Substrats (Gsub) der Figur 2 an der Oberfläche (OF) des Trägers (Subi) durch Aufbringen (4) und Fixieren des vorzugsweise abgedünnten Substrats (Gsub) auf die Oberfläche (OF) eines Trägers (Subi). Dieses Aufbringen kann beispielsweise durch Aufkleben mittels eines hier nicht gezeichneten Klebers (GL) erfolgen. Das Befestigen kann beispielsweise durch eine Temperaturbehand lung des Klebers zur Fixierung erfolgen. Ggf. können beide Schritte auch in einem Schritt erfolgen, wenn d ie Temperaturbehand lung des beispielhaften Klebers aufgrund seiner Eigenschaften nicht notwend ig ist.
Figur 4 zeigt einen weiteren bevorzugten Schritt der Bearbeitung des Substrats (GSUb) der Figur 3 in Form des Ver-(Ab-)d ünnens (6) des anderen Schichtbereiches, der nicht der betreffende Schichtbereich ist. Dies ist hier der zweite Schichtbereich (GB2). Figur 5 zeigt eine beispielhafte Strukturierung (8) des ersten Substrats (Gsub) der Figur 4.
Figur 6 zeigt die beispielhafte Strukturierung (8) des ersten Substrats (Gsub) der Figur 5 mit beispielhafter Abschrägung der Ätzkanten durch eine geeignete Wahl der Prozessparamete r. Hier kommen insbesondere fotolithografische Ätzverfahren wie oben erwähnt in Frage.
Figur 7 zeigt das beispielhafte Aufbringen (9) mindestens einer elektrisch leitenden Schicht (ELS) auf das erste Substrat (Gsub) der Figur 6, um d ie Kontakte herzustellen.
Figur 8 zeigt die beispielhafte Strukturierung (10) der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht (ELS) der Figur 7, wod urch diese im Beispiel der Figur 8 eine erste Leiterbahn (LI) und eine zweite Leiterbahn (L2) bildet.
Figur 9 zeigt das beispielhafte Aufbringen (11) mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht (IS) auf dem ersten Substrat (Gsub) der Figur 8 bzw. den Träger (Subi) der Figur 8 bzw. der elektrisch, insbesondere der elektrisch normal leitenden Schicht (ELS), der Figur 8.
Figur 10 zeigt d ie beispielhafte Strukturierung (12) der mindestens einen isolierenden Schicht (IS) der Figur 9, z.B. zum Öffnen der Kontakte (K) oder für Durchkontaktierungen.
Figur 11 zeigt eine beispielhafte Schrittabfolge zur Herstellung der vorgeschlagenen Vorrich- tungen : • Bereitstellen (1) eines ersten Substrats (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2);
• Feststellens (2) der Orientierung der Flächennormalen
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der Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB) innerhalb des Substrats (Gsub);
• Abdünnen (3) eines„betreffenden" Schichtbereiches (GBI, GB2) und Schaffung einer unteren Grenzfläche (UGF) parallel zur den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB);
• Aufbringen (4) des vorzugsweise abgedünnten Substrats (Gsub) auf die Oberfläche (OF) eines Trägers (Subi);
• Befestigen (5) des vorzugsweise abgedünnten Substrats (Gsub) an der Oberfläche (OF) des Trägers (Subi);
• Abdünnen (6) des anderen Schichtbereiches (GBI, GB2), der nicht der betreffende Schichtbereich ist;
• Bereitstellung (7) eines zweiten Substrates (SUB), beispielsweise in Form einer mikroelektronischen Schaltung;
• Strukturierung (8) des ersten Substrats (Gsub);
• Aufbringen (9) mindestens einer elektrisch leitenden Schicht auf das erste Substrat (Gsub) oder auf das zweite Substrat (SUB), beispielsweise um die Kontakte herzustellen;
• Strukturierung (10) der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht;
• Aufbringen (11) mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht auf das erste Substrat (Gsub) oder zweite Substrat (SUB) oder den Träger (Subi) oder auf eine elektrisch, insbesondere normal, leitende Schicht durchzuführen;
• Strukturierung (12) der mindestens einen isolierenden Schicht z.B. zum Öffnen der Kontakte oder von Durchkontaktierungen;
• Bereitstellen (13) der Kontakte des Grenzbereichs (GFB).
Figur 12 zeigt eine Josephson-Diode im Querschnitt. Das beispielhafte erste Substrat (Gsub) aus Figur 4 ist durch eine erste eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle, nämlich das Tunnel-Element (TU), inForm beispielsweise eines wenige Atom-Lagen d icken Oxids oder einer normal leitenden Störung der Stapelfolge der Graphen-Schichten, durchtrennt. Eine solche eine Phasendifferenz einführende Schwachstelle kann durch einen Isolator, insbesondere auch Luft oder Vakuum, oder durch eine lokale Mod ifikation der Graphen-Schichtsta- pelfolge oder d urch einen anderen bei Raumtemperatur normalleitenden oder durch Metall oder durch bei Temperaturen größer -195°C oder besser bei Temperaturen größer als d ie Sprungtemperatur Tc nicht supraleitenden Graphitbereiche, die Grenzgebiete (GG), innerhalb des Leiters (W) gebildet werden. Das beispielhafte erste Substrat (Gsub) aus Figur 4 ist durch das Tunnel-Element (TU), beispielsweise ein wenige Atom-Lagen dickes Oxid, durchtrennt. Figur 13 zeigt das beispielhafte elektrische Bauelement (SQU ID) auf Basis der Phasendiffe- renz-einführende Schwachstelle (Josephson-Kontakt) aus Figur 12 in der Aufsicht. Das erste Substrat (Gsub) ist so strukturiert, dass sich ein ringförmiges Gebilde mit zwei Zweigen ergibt. Die beiden Zweige sind durch je eine Josephson-Diode in Form eines phasenmodulierenden Tunnel-Elements (TUi, TU2) unterbrochen. Bei Stromfluss (I) hängt der Spannungsabfall vom Magnetfeld senkrecht zur Zeichenebene ab. Ein SQUI D kann als Phasen Q-Bit (englisch phase qbit) innerhalb von Quanten-Computern benutzt werden. Hier sei in diesem Zusammenhang auf Xiu Gua "M icrowave photonics with supercond ucting quantum circuits" ar- Xiv:1707.02046v2 [quant-ph] 19 Oct 2017 verwiesen.
In den Figuren 14 bis 20 sind beispielhaft Hall-Strukturen unter Verwend ung von supraleiten- dem Material im Sinne der Erfindung gezeigt.
Figur 14 zeigt einen schematischen vereinfachten Prinzip-Querschnitt d urch eine integrierte mikroelektronische Scha ltung mit einer Hall-Struktur (HL), d ie als für Magnetfelder sensitive Teilvorrichtung Teil einer integrierten Schaltung ist. Die Hall-Struktur (HL) ist in einem halbleitenden Träger (Subi) gefertigt. Die Hall-Struktur (HL) ist durch einen Isolator (OX) ge- schützt. Andere Isolatoren oder Isolatormaterialien sind denkbar. Auch sind ganze Metall/Oxid-Stapel als Isolator (OX) denkbar. Aus dem Stand der Technik sind hier vielfältige Verd rahtungssysteme für integrierte Schaltungen und Hall-Sensor-Strukturen bekannt. Die Hall-Struktur ist in d iesem Beispiel über Kontakte (Kl, K2) kontaktierbar. M ittels eine Klebers (GL) wird das supraleitende Schichtpaket, d. h. das erste Substrat (GsUb mit GBI, GB2, GFB, GG) mit der supraleitenden Grenzfläche bzw. dem supraleitenden Grenzgebiet innerhalb eines Grenzbereichs auf dem d ie Hall-Struktur (HL) aufweisenden Träger (Subi) befestigt. Auf diese Teilvorrichtung, also beispielsweise den besagten Träger (Subi) mit der die besagten Hall-Struktur (HL) wird also das zuvor beschriebene, bei Raumtemperatur supraleitende erste Substrat (GBI, GB2, GFB, GG) aufgebracht. Dies kann beispielsweise, aber nicht nur durch Aufkleben oder Festklemmen mit einem nicht magnetischen Werkstoff, hier dem Kleber (GL), geschehen. Dadurch weist die Hall-Struktur (HL) als Magnetfeld empfind liches elektro- nisches Bauelement, in seiner unmittelbaren Nähe zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), auf, d ie ein elektrischer Supraleiter im Sinne der Erfindung ist.
Es hat sich in Laborversuchen im Ü brigen gezeigt, dass ein Abdünnen der Graphitschichten je nach Ausgangsmaterial nicht immer notwend ig ist.
Durch eine erste Konta ktdotierung (KD1) und eine zweite Kontaktdotierung (KD2) wird d ie Hall-Struktur (HL) in dem Beispiel Figur 14 elektrisch über den ersten Kontakt (Kl) und den zweiten Kontakt (K2) konta ktiert. Die Dotierungen des Substrats des Trägers (Subi) erfolgen dabei üblicherweise mit einer sehr hohen Dotierstoffkonzentration, um ohmsche Kontakte (Kl, K2) herzustellen. Ist das halbleitende Substrat des Trägers (Subi) von einem ersten Leitungstyp (z. B. p-dotiert), beispielsweise ein p-dotiertes Silizium-Substrat, wie es in CMOS Schaltkreisen üblich ist, so ist d ie Hall-Struktur (HL), wenn sie nicht in einer separaten Wanne platziert ist, von einem zweiten Leitungstyp, der dem ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, also beispielsweise eine schwach n-dotierte Silizium-Struktur innerhalb des halbleitenden Substrat des Trägers (Subi) umgeben. I n d iesem Fall sind die Kontaktdotierungen (KD1, KD2) ebenso von einem zweiten Leitungstyp, der dem ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, also beispielsweise als hoch n-dotierte Silizium-Strukturen innerhalb des halbleitenden Substrat des Trägers (Subi) ausgebildet, die in Kontakt mit der Hall-Struktur (HL) und dem Metall der Kontakte (Kl, K2) stehen. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass vor dem Aufbringen des Substrats (GSUb) auf den Träger (Subi) der Träger einem mikrotechnischen Prozess unterwor- fen worden sein kann, wobei auf bzw. in dem Träger nano- oder mikroelektronische Schaltkreise und/oder nano- oder mikromechanische Vorrichtungen und/oder mikrooptische Vorrichtungen und/oder mikrofluid ische Vorrichtungen gefertigt worden sein können.
Die in Figur 15 gezeigte Struktur basiert auf der der Figur 14. Im Gegensatz zu Figur 14 zeigt Figur 15 nun einen komplexeren Metallisierungsstapel. Dieser besteht aus einer ersten Isolationsschicht, vorzugsweise einem ersten Oxid (0X1), das vorzugsweise ein Gate-Oxid ist, und aus einer zweiten Isolationsschicht (0X2), vorzugsweise einem zweiten Oxid. Zwischen der ersten Isolationsschicht (OX1) und der zweiten Isolationsschicht (0X2) befinden zwei beispielhafte Leiterbahnen (LI, L2). Es kommt nun zu einer Wechselwirkung zwischen dem Stromfluss in den Leiterbahnen (LI, L2) und dem bei Raumtemperatur supraleitenden Grenzgebiet (GG) bzw. der Grenzfläche (GF) des Grenzbereichs (GFB) des Substrats GsUb. Der Induktivitätsbelag der Leiterbahnen (LI, L2) wird durch die Nähe des bei Raumtemperatur supraleitenden Grenzgebiets (GG) des Substrats (GSUb) verändert. Komplexere Metallisierungsstapel und Dotierungsstrukturen innerhalb des Trägers (Subi) sind natürlich möglich. Figur 16 entspricht der Figur 15 mit dem Unterschied, dass das Substrat (Gsub) nun über eine dritte Leitung (L3) fotolithografisch angeschlossen wird. I n dem Beispiel ist das Substrat (Gsub) mit dem zweiten Kontakt (K2) beispielhaft elektrisch verbunden. Hierdurch wird verhindert, dass sich das Substrat (Gsub) statisch aufladen kann.
Figur 17 zeigt schematisch eine beispielhaft kombinierte mikrofluid ische/mikromechanische Vorrichtungen mit einem (z. B. Halbleiter-)Substrat als Träger (Subi). Der Metallisierungsstapel der Figur 15 wird komplexer ausgeführt, um in diesem Beispiel d ie mikromechanischen und mikrofluid ischen Teilvorrichtungen im Metallisierungsstapel auszuführen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Ausführung mikromechanischer/mikrofluid ischer Komponenten auch im Substrat des Trägers (Subi) erfolgen kann. Beispielsweise kann der Metallisierungsstapel Schichten Metalle (wie beispielsweise Titan, Wolfram, Gold, Platin, Aluminium, Eisen, Niob, Vanad ium, Mangan etc.), Isolatoren (wie beispielsweise Sil iziu mN iti- rid, Siliziumoxid etc.), amorphe oder polykristalline Halbleiterschichten (wie beispielsweise polykristallinem Silizium - auch Poly genannt - oder amorphem Silizium oder einkristallinen Silizium oder anderen entsprechenden Halbleitermaterialien, insbesondere Ill/V-Materialien und Il/Vl-Materialien), aufweisen. Dieser Schichtstapel kann daher zumindest zum Teil auch durch Bondung verschiedener Substrate aufeinander erzeugt werden. In dem Beispiel der Figur 17 sind eine erste Isolatorschicht (0X1), eine zweite Isolatorschicht (0X2) sowie eine dritte Isolatorschicht (0X3) und eine polykristalline Siliziumschicht (PLY) vorgesehen. In dem Beispiel der Figur 17 wird nun durch oberflächenmikromechanische Methoden die polykristalline Siliziumschicht in Teilbereichen der Oberfläche der Vorrichtung unterhalb der dritten Isolatorschicht (0X3) entfernt. Dies kann beispielsweise durch Ätzgase, wie im Stand der Technik bekannt, geschehen. Bei geeigneter Strukturierung kann ein mikromechanischer Bal- ken (BE) erzeugt werden, der zum einen elektrostatisch, z.B. über die Hall-Struktur (HL) oder die beispielhaften Leiterbahnen (LI, L2) zum Schwingen angeregt werden kann. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein solcher Balken eine Schwingungsgüte aufweist, die von dem Druck des Restgases in seiner Umgebung abhängt. Das Schwingungsverhalten hängt auch von der Wechselwirkung zwischen dem bei Raumtemperatur supraleitendem Substrat (Gsub) und den anderen elektrisch leitfähigen Teilvorrichtungen (LI, L2, HL, Subi) ab. Der Balken ist somit auch ein mikrofluidisches Element, das mit dem gasförmigen Fluid seiner Umgebung in Wechselwirkung tritt. Dessen Effizienz ist in Flüssigkeiten zwar herabgesetzt, funktioniert prinzipiell aber auch. Die Verwendung im Zusammenwirken mit einer Druckdose in einem Drucksensor, insbesondere einem Absolutdrucksensor, ist daher eben- falls denkbar. Hierfür muss die Kavität (CAV) der Figur 17 nur rundherum durch das beispielhafte Poly-Silizium abgeschlossen sein. Dies zeigt Figur 18.
Figur 18 entspricht der Figur 17 mit abgeschlossener Kavität (CAV), beispielsweise für einen Absolutdrucksensor oder ein mikrofluidisches Bauteil.
Figur 19 entspricht der Figur 15 mit dem Unterschied, dass eine optisch aktive Schicht (OA) aufgebracht ist, die einen elektrooptischen Effekt zeigt, der mit dem magnetischen Feld des bei Raumtemperatur supraleitenden Substrats (Gsub) in Wechselwirkung tritt. Diese Wechselwirkung kann optisch beobachtet werden bzw. zur Modifikation optischer Strahlung, die auf die optisch aktive Schicht (OA) fällt und dort reflektiert wird, genutzt werden. Im letzteren Fall ist es zweckmäßig, eine Reflexionsschicht zwischen optisch aktiver Schicht (OA) und dem bei Raumtemperatur supraleitenden Substrat (Gsub) einzufügen.
Figur 20 entspricht Figur 19 mit dem Unterschied, dass die optisch aktive Schicht (OA) nun als ein elektrooptisch aktiver Abschnitt eines Lichtwellenleiters (OA) ausgeführt ist. Die Figur zeigt diesen Abschnitt schematisch als Prinzipskizze im Querschnitt. Das Licht wird dabei senkrecht zur Bildebene in dem Lichtwellenleiter geführt. Auf diese Weise lässt sich ein mag- neto-optischer Schalter bauen, der mittels des Kerr-Effekts in einem Lichtwellenleiterabschnitt, der in Form eines elektrooptisch aktiven Abschnitts ausgeführt ist, die Phasenlage des Lichts im Lichtwellenleiter bzw. die Laufzeit des Lichts durch diesen Abschnitt des Lichtwellenleiters modulieren. Das Besondere dabei ist, dass das bei Raumtemperatur supraleitende Substrat (GSUb) ein Magnetfeld erzeugen kann, dass diesen Abschnitt des Lichtwellenleiters beeinflussen kann. Dadurch lassen sich Lichtschalter bauen, die nur zum Umschalten eine kurzzeitige Ansteuerung benötigen. Die Figuren 21 bis 23 zeigen Prinzipskizzen zur Materialvermessung.
Figur 21 bis 23 entstammen der Schrift von Markus Stiller, Pablo D. Esquinazi, Christian Precker, und Jose Barzola-Quiquia„Local magnetic measurements of permanent current paths in a natural graphite crystal", J. Low Temp. Phys. 191, 105-121 (2018) und sind gegenüber der Originalvorlage schematisiert. Figur 21 entspricht der farbigen Figur 1, Figur 22 ent- spricht der farbigen Figur 2b und Figur 23 entspricht der Figur 2c der Schrift. Der Inhalt dieser Schrift ist hinsichtlich der angewandten Verfahren und Materialien vollumfänglicher Teil der Erfindung.
Die Figur 21 zeigt die Eigenschaften eines natürlichen Graphits, der für die Verwendung in solchen Vorrichtungen und Verfahren, wie hier beschrieben, geeignet ist. Die Verwendung dieser Art von Graphit für die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren gehört ausdrücklich zur vorliegenden Erfindung. Insbesondere wird die Verwendung von Graphit aus Sri Lanka beansprucht. Die Figur 21 zeigt die Topografie einer geeigneten Graphitprobe in den Unterfiguren 21a, 21c, 21e, die mittels einer MAFM gemessen wurde. Sie zeigt des Weiteren die gemessene Phase in den Unterfiguren 21b, 21d, 21f. Das Unterfigurenpaar 21a, 21b zeigt Topografie und Phase für die ursprüngliche Probe im Ursprungszustand. Die Unterfigurenpaare 21c, 21d; 21e, 21f zeigten die Topografie und die Phase nach der Anwendung eines magnetischen Feldes. Die Phase zeigt ein Signal, nachdem die Probe einem magnetischen Feld ausgesetzt wurde. Daher ist das Verfahren zum Auffinden von geeigneten Substraten mit folgenden Schritten Teil der Erfindung:
• Bereitstellen eines Substrats zur Untersuchung auf Raumtemperatur-Supraleitung insbesondere zwecks Bequemlichkeit bei einer Temperatur höher -40°C;
• Aussetzen des Substrats einem Magnetfeld, mit mehr als 0,5 besser mehr als IT, besser mehr als 2T, besser mehr als 4T, besser mehr als 8T.
• Vermessung eines Bereiches mit einer MFM zu Lokalisierung eines Linienstromes;
Besonders bevorzugt wird der Bereich vor der Anwendung des magnetischen Feldes vermessen, um die Änderungen vermessen zu können.
Es wird eine erneute Vermessung eines Bereiches mit einem Linienstrom nach einer Verweilzeit von mehr als 5 Minuten und/oder von mehr als einer Stunde und/oder von mehr als einem Tag und/oder von mehr als einer Woche besser einem Monat zur erneuten Bestätigung der Supraleitung empfohlen.
Die Unterfiguren 21d und 21f zeigen den Sprung des Magnetfeldes in Form einer gezackten Stufe quer durch das Bild.
Figur 22 zeigt eine Aneinanderreihung mehrerer Bilder der mit der MFM gemessenen Phase. Es deutlich zu erkennen, dass es sich um großräumige Strukturen handelt.
Figur 23 zeigt den Sprung der Phase gemessen quer zu einer der zu erkennenden Linien in den Figuren 21d, 21f und 22 (Linienströme). Die 1/r Abhängigkeit in der Nähe der Kante und das Einfrieren des magnetischen Flusses auf einer Seite des Linienstromes sind zu erkennen (r steht für den Abstand von der jeweiligen Linie, die in den besagten Figuren erkennbar ist). Im Folgenden werden Figuren zum Materialaufbau gemäß d iverser Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Figur 24 zeigt schematisch eine bemale Kristall-Struktur von Graphit entsprechend dem Stand der Technik Figur 25 zeigt schematisch eine rhomboed rische Kristall-Struktur von Graphit entsprechend dem Stand der Technik.
Figur 26 zeigt schematisch den Kontakt zwischen einer rhomboedrischen Kristall-Struktur von Graphit in den oberen drei Graphen-Ebenen als zweiten Schichtbereich (GB2) und einer bemalen Graphen-Struktur in den unteren drei Graphen-Ebenen als ersten Schichtbereich (GBI). Weitere Graphen-Ebenen sind als Fortsetzung nach oben und unten denkbar. Figur 26 entspricht hinsichtlich der Struktur der Graphen-Ebenen der Figur 1, die eine Kombination aus einem rhomboedrischen Schichtbereich und einem bemalen Schichtbereich zeigt.
Figur 27 zeigt ein weiteres Beispiel für die Erzeugung einer Gesamtstapelfolge durch Ein- schub einer einzelnen Graphen-Schicht als zweiter Schichtbereich (GB2) in einen bemalen Graphit-Kristall aufweisend einem ersten Schichtbereich (GBI) und einem dritten Schichtbereich (GB3). I n dem Beispiel ist eine einzelne rhomboedrische Graphen-Schicht als zweiter Schichtbereich (GB2) zwischen zwei bemale Graphen-Schichtbereiche (den ersten Schichtbereich (GBI) und den d ritten Schichtbereich (GB3)) platziert. I n diesem Sinne weist die Struktur der Figur 27 zwei Grenzflächen (GFI, GF2) bzw. Grenzgebiete innerhalb eines Grenzbereiches (GFB) auf.
Figur 28 zeigt schematisch eine einfache Anord nung für eine Cooper-Paar-Box für ein einzelnes Cooper-Paar, wie sie beispielsweise aus V. Bouchiat "Quantum Coherence with a Single cooper pair", Physica Scripta, Vol. T76, 165-170, Fig. 1, 1998 für normale Supraleiter bereits bekannt ist. Der Leiter (W) ist durch eine erste eine Phasenverschiebung einführende Schwachstelle (TUi) (englisch Josephson Juction) in einen ersten Leitungsabschnitt (Wla) und einen zweiten Leitungsabschnitt (Wlb) einer elektrischen Leitung unterteilt. Der erste Leitungsabschnitt (Wlb) wird über einen ersten elektrischen Knoten (N l) kontaktiert. Der zweite Leitungsabschnitt wird über eine Koppelkapazität (Cg) kapazitiv kontaktiert. Der andere Pol der Koppelkapazität (Cg) ist bevorzugt über einen zweiten elektrischen Knoten (N2) elektrisch kontaktierbar. Mittels einer Steuerspannung (Vg) kann die Besetzung der Energiezustände in der Cooper-Paar-Box, die durch den zweiten Leitungsabschnitt (Wlb) gebildet wird, gesteuert werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird vorgeschlagen, dass das Material des ersten und zweiten Leitungsabschnitts (Wla, Wlb) durch ein Material gebildet wird, dass zumindest in Teilbereichen, den Grenzgebieten (GG), supraleitende Eigenschaften im Sinne der Erfindung aufweist. Bei dem hier vorgeschlagenen Bauteil handelt sich um ein Ladungs-Q-Bit (englisch Charge qbit). Hier sei in diesem Zusammenhang auf Xiu Gua "Micro- wave photonics with superconducting quantum circuits" arXiv:1707.02046v2 [quant-ph] 19 Oct 2017 verwiesen.
Figur 29 stellt eine Erweiterung des in Figur 28 dargestellten Grundprinzips einer Cooper- Paar-Box dar. Die Cooper-Paar-Box wird wieder durch den zweiten Leitungsabschnitt (Wlb) gebildet. Jedoch ist diese Cooper-Paar-Box mit drei statt zwei Anschlüssen versehen. Der Leiter (W) wird wieder im Gegensatz zum Stand der Technik durch eine erste eine Phasenverschiebung einführende Schwachstelle (TUi) und eine zweite eine Phasenverschiebung einführende Schwachstelle (TU2) in einen ersten Leitungsabschnitt (Wla), einen zweiten Leitungsabschnitt (Wlb) und einen dritten Leitungsabschnitt (Wie) unterteilt. Eine solche eine Phasenverschiebung einführende Schwachstelle ist typischerweise ein Josephson-Kontakt. Der erste Leitungsabschnitt (Wla) wird über einen ersten elektrischen Knoten (Nl) kontaktiert. Der dritte Leitungsabschnitt (Wie) wird über einen dritten elektrischen Knoten (N3) kontaktiert. Die Cooper-Paar-Box in Form des zweiten Leitungsabschnitts (Wlb) wird kapazitiv über eine Koppelkapazität (Cg) angeschlossen.
Beispielsweise aus Caspar H. van der Wal et al. "Quantum Superposition of Macroscopic Per- sistent-Current States" Science Vol. 290, 27.10.2000, Seiten 773-777 ist für Supraleiter aus dem Stand der Technik bekannt, dass die zuvor in Figuren 13, 28 und 29 und in der folgenden Figur 33 beschriebenen Quanteninterferenzbauelemente zu komplexeren Schaltungen zusammengeschaltet werden können. Solche Zusammenschaltungen auf Basis konventioneller Supraleiter sind beispielsweise auch aus der US 6 838 694 B2 bekannt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird hier jedoch vorgeschlagen, solche Zusammenschaltungen aus Quanteninterferenzbauelementen zu fertigen die zumindest eine Teilvorrichtung aufweisen, die supraleitende Eigenschaften im Sinne der Erfindung aufweist.
Die Verwendung einzelner solcher Quanteninterferenzbauelemente auf Basis von Supralei- tern aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus V. Bouchiat„Single Cooper Pair
Electronics" Applied Superconductivity Vol. 6, Nos 10±12, pp. 491 +494, 1998 und A. B. Zorin, „Cooper-pair qubit and Cooper-pair electrometer in one device", arXiv:cond-mat/0112351 [cond-mat.supr-con], 19.12.2001 und Michel H. Devoret und Robert J. Schoelkopf „Amplifying quantum Signals with the single-electron transistor" Nature, Vol. 406, 31 Aug. 2000 bekannt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird gemäß Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass das Material des ersten, zweiten und dritten Leitungsabschnitts (Wla, Wlb, Wie) durch ein Material gebildet wird, dass zumindest in Teilbereichen, den Grenzgebieten (GG), supraleitende Eigenschaften im Sinne der Erfindung aufweist. Figur 30 zeigt einen Fluss Q-Bit (englisch flux qbit).
Figur 30 zeigt eine weitere sinnvolle technische Anwendung. Sie ist für Supraleiter aus dem Stand der Technik beispielsweise aus folgenden Schriften bekannt: Robert J Schoelkopf, Steven M Girvin "Experiments in Quantum Coherence and Computation with Single Cooper-Pair Electronics" US Army Report 2006, A. Wallraff et al. "Circuit Quantum Electrodynamics: Co- herent Coupling of a Single Photon to a Cooper Pair Box" arXiv:cond-mat/0407325vl [cond- mat.mes-hall] 13 Jul 2004, M. Göppl et al., "Coplanar Waveguide Resonators for Circuit Quantum Electrodynamics" optiarXiv: 0807.4094vl [cond-mat.supr-con] 25 Jul 2008, Luigi Frunzio et al. "Fabrication and characterization of supercondueting cireuit QED devices for quantum computation" arXiv:cond-mat/0411708vl [cond-mat.supr-con] 28 Nov 2004, und Alexandre Blais et al., "Cavity quantum electrodynamics for supercondueting electrical cir- cuits: an architecture for quantum computation", arXiv:cond-mat/0402216vl [cond- mat.mes-hall] 7 Feb 2004. Es handelt sich hier um ein Fluss Q-Bit (englisch flux qbit). Hier sei in diesem Zusammenhang auch auf Xiu Gua "Microwave photonics with superconducting quantum circuits" ar- Xiv:1707.02046v2 [quant-ph] 19 Oct 2017 verwiesen.
Anstelle eines konventionellen Supraleiters wird ein Graphen-Stapel mit einer geeignet ge- wählten Stapelfolge der Graphen-Schichten, gemäß einer der zuvor beschrieben Varianten mit supraleitenden Eigenschaften innerhalb eines Grenzgebiets bzw. einer Grenzfläche gemäß der Erfindung, verwendet. Bevorzugt zeigt der Graphen-Stapel bei Raumtemperatur zumindest in einem Teilbereich, dem Grenzgebiet (GG), supraleitende Eigenschaften.
Das Graphen-Schichtpaket wird auf einen Träger (Subi) elektrisch isoliert aufgebracht. Das Graphen-Schichtpaket wird vorzugsweise fotolithografisch strukturiert. Das Schichtpaket wird infolge der Strukturierung durch eine strukturierte Triplate-Mikrostreifenleitung in eine erste Masse-Platte (GND1) und eine zweite Masse-Platte (GND2) geteilt. Diese Masse-Platten (GND1, GND2) stellen zwei der drei Leiter der Triplate-Mikrostreifenleitung dar. Zwischen diesen befindet sich getrennt von diesen ein strukturierter Mittelleiter (ML). An den Ein- und Auskoppelstellen (El, E2) für das Mikrowellensignal ist der Mittelleiter zur Anpassung an ein koaxiales Anschlusskabel verbreitert. Auch der Mittelleiter (ML) besteht aus dem Material des Graphen-Schichtpakets. Der Mittelleiter(ML) wird bevorzugt während der Strukturierung des Graphen-Schichtpakets hergestellt. In dem Beispiel der Figur 30 ist der Mittelleiter an einer Stelle durch eine Kapazität (Cl) unterbrochen. Diese ist in Figur 30b im Detail dargestellt. Durch Windungen der Triplate-Leitung sind in dem Beispiel zwei Induktivitäten (Lil, Li2) in die Leitung eingebaut. An einer Stelle zwischen diesen Induktivitäten (Lil, Li2) ist eine Cooper-Paar-Box in einen der beiden Schlitze zwischen Mittelleiter (ML) und den beiden Masseplatten (GND1, GND2) eingebaut. In diesem Beispiel ist die Cooper-Paar-Box in den Zwischenraum zwischen dem Mittelleiter (ML) und der ersten Masseplatte (GND1) ein- gebaut. Die Cooper-Paar-Box (CPB) wird durch eine einzelne Leitung gebildet. Sie entspricht dem zweiten Leitungsabschnitt (Wlb) der beiden vorausgehenden Figuren. Die Cooper-Paar- Box (CPB) ist über zwei Leitungen mit je einer eine Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle (TUi, TU2) mit der Koppelfläche einer Koppelkapazität (Cg) verbunden. Außerdem weist dieser Vorrichtungsteil eine Öffnung (Oi) auf, über die eine induktive Kopplung an das B-Feld der elektromagnetischen Welle im Wellenleiter erfolgen kann. Die Cooper-Paar- Box ist darüber hinaus noch kapazitiv an den M ittelleiter gekoppelt. Es ist auch denkbar, nur diese Teile der Vorrichtung mit Hilfe des vorgeschlagenen Graphen-Stapels zu realisieren. Das Material der Cooper-Paar-Box und um die Öffnung (Ol) herum ist supraleitend im Sinne der Erfind ung.
Figur 31 zeigt ein weiteres Beispiel. In dem Beispiel ist ein d rittes, hier beispielhaft ein berna- les Graphen-Schicht-Paket (GB2), zwischen zwei ebenfalls beispielhaften bemalen Graphen- Schicht-Paketen (GBI, GB3) platziert. In diesem Sinne weist die Struktur der Figur 31 zwei Grenzflächen (GFI, GF2) bzw. allgemein Grenzgebiete innerhalb des Grenzbereichs (GFB) auf. Figur 32 zeigt ein weiteres Beispiel. In dem Beispiel sind zwei beispielhafte bemale Graphen- Schicht-Pakete (GBI, GB2) translatorisch und/oder rotatorisch versetzt zueinander platziert. In diesem Sinne weist die Struktur der Figur 32 eine Grenzfläche (GF) auf.
Figur 33 zeigt das beispielhafte elektrische Bauelement (SQU ID) auf Basis des Josephson- Kontakts aus Figur 12 in der Aufsicht. Das erste Substrat (Gsub) ist so strukturiert, dass sich ein ringförmiges Gebilde ergibt, wobei der Ring nun im Gegensatz zur Figur 13 nicht vollständig geschlossen ist. Von den beiden Zweigen ist der erste Zweig (Wla, Wlb) durch eine Jo- sephson-Diode in Form eines ersten phasenmodulierenden Tunnel-Elements (TUi) unterbrochen. Bei Stromfluss (I) hängt der Spannungsabfall auch hier vom Magnetfeld senkrecht zur Zeichenebene ab. Der zweite Zweig (W2a, W2b) ist durch einen Spalt im zweiten Zweig (W2a, W2b) unterbrochen, so dass sich eine zweite Kapazität (C2) ergibt, die eine weitere Phasenverschiebung verursacht.
Figur 34 zeigt in der Aufsicht ein beispielhaftes Metamaterial, d . h. ein Material, dessen die Ausbreitung von elektrischen, magnetischen, elektromagnetischen Felder und Wellen sowie akustischen Wellen und Plasmawellen beschreibenden Pa rameter von der in der Natur übli- chen abweichen. Das Metamaterial wird auf einem nicht gezeichneten Träger (Subl) aufgebracht und strukturiert. Das Metamaterial besteht aus einer beispielhaft zweid imensionalen Anordnung von n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSy) mit n und m als ganzer positiver Zahl und l<i<n und 1< j<m. Dreidimensionale Anordnungen von l*n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j,k) mit I und n und m als ganzer positiver Zahl und l<k<l und l<i<n und 1< j<m sind denkbar. Insofern stellt die Figur 34 nur ein Beispiel für ein vorgeschlagenes Metamaterial dar. Jedes Metamaterialstrukturteil umfasst eine Leiterstruktur (Wy) wobei die In- dices i und j die x- und y-Position innerhalb der zweidimensionalen Anordnung von n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j), also die Position in einer ersten und in einer zweiten Richtung, darstellt. Analog würden bei einer dreidimensionale Anordnungen von l*n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j,k) der zusätzliche Index k die Position in z-Richtung, also in Richtung der dritten Koordinate angeben. Ein solches Metamaterial mit einer zweidimensionalen Anordnung von n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSy) ist dadurch gekennzeichnet, dass es bevorzugt eine zweidimensionale Periodizität aufweist, also ein zweidimensionales Gitter darstellt. Analog würde eine dreidimensionale Anordnungen von l*n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j,k) eine dreidimensionale Periodizität aufweisen und somit ein dreidimensionales Gitter darstellen. In dem Beispiel der Figur 34 ist ein flächenhaftes Metamaterial mit beispielhaft 4 x 4 Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) dargestellt. Das bedeutet, dass die In- dices von j und i im Bereich zwischen 1 und 4 liegen, wobei jeweils die Bereichsgrenzen für diese beiden Zahlenbereiche eingeschlossen sind.
Bevorzugt weist jede der Metamaterialteilstrukturen (MTSy) zumindest einen zugehörigen Leiter (Wy) auf. Dieser ist bevorzugt Supraleiter im Sinne der Erfindung. Besonders bevor- zugt sind benachbarte Metamaterialteilstrukturen (MTSy) ohmsch durch direkten Kontakt, magnetisch über koppelnde Magnetfelder und/oder kapazitiv über Kapazitäten miteinander verkoppelt. Die Metamaterialteilstrukturen (MTSy) können insbesondere zur magnetischen Kopplung Öffnungen aufweisen. Das topologische Geschlecht ihrer Form in Aufsicht kann also von 0 abweichen. Die Kopplung kann aber auch, wie in dem Beispiel der Figur 34, durch eine eine Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle (TU,,j) je Metamaterialteilstruktur (MTSi,j) erzielt werden. In dem Beispiel der Figur 34 sind zwei jeweils eine Phasenverschiebung einführende Schwachstellen (TUi,i,j, TU0,i,j) je Metamaterialteilstruktur (MTSy) vorgesehen. Hierdurch ist innerhalb des beispielhaften Metamaterials jede Metamaterialteilstruktur (MTSi,j) mit vier anderen Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS(i-i),j, MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) über vier jeweils eine Phasenverschiebung einführende Schwachstellen (TUi,i,j, TU0,i,j, TUI Q-I), TU0,(i+i),j) verbunden. Es ist denkbar, einzelne oder alle dieser Phasenverschiebung einführenden Schwachstellen (TUi,i,j, TU0,i,j, TUI Q-I), TU0,(i+i),j) d urch d ie besagten ohmschen Verbindungen, Koppelkapazitäten etc. vorzugsweise räumlich period isch zu ersetzen. In dem Beispiel der Figur 34 bilden je vier Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j, MTS(i+i),j, MTSi,(j+i), MTS(i+i),(j+i)) eine Struktur, die eine Öffnung (Oi+i +i) offen lässt.
Es handelt sich also letztlich bei einem solchen Metamaterial um eine elektrische Zusammenschaltung von elektrischen Bauelementen zu einer Gesamtschaltung. Sind zumindest ein Teil der Verbindungen zwischen den Metamaterialteilstrukturen (MTSy, MTS(i+i),j, MTSi,(j+i), MTS(i+i),(j+i)) wie in der beispielhaften Figur 34 als Phasenverschiebung einführende Schwachstellen (TUi,i,j, TU0,i,j, TUi,i,(j-i), TU0,(i+i),j) ausgeführt, so handelt es sich um eine Zusammenschaltung von Quanteninterferenzbauelementen. Es wird daher ein Metamaterial vorgeschlagen, das besteht aus einer räumlich periodischen dreidimensionalen Zusammenschaltung von Quanteninterferenzbauelementen oder Quanteninterferenzteilvorrichtungen, hier den Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j,k), oder aus einer zweidimensional period ischen zweidimensionalen Zusammenschaltung von Quanteninterferenzbauelementen oder Quantenin- terferenzteilvorrichtungen, hier den Metamaterialteilstrukturen (MTSy). Die räumliche, d . h. dreidimensionale oder die zweidimensionale Period izität kann sich jeweils auf eine translatorische Verschiebung oder eine rotatorische Drehung beziehen. Der Vollständ igkeit halber sei erwähnt, dass die Teilfigur 34a die beispielhafte zweidimensionale Anord nung der Metamaterialteilstrukturen (MTSy) darstellt. Dabei sind zur besseren Übersicht keine Bezugszeichen für die jeweils eine Phasenverschiebung einführenden Schwachstellen und die Öffnungen sowie die Metamaterialteilstrukturen (MTSy) eingetragen. N ur d ie Bezugszeichen der Leiter (Wi,j) sind zur Übersicht eingetragen. Eine beispiel- hafte Metamaterialteilstrukturen (MTSy) ist herausgegriffen und in der Teilfigur 34b vergrößert dargestellt. Diese soll alle Metamaterialteilstrukturen (MTSy) innerhalb des Metamate- rials repräsentieren. Metamaterialteilstrukturen (MTSy) am Rand (i=l oder i=n oder j=l oder j=m) können in ihrer Struktur je nach Definition der Metamaterialteilstruktur (MTSy) abweichen. Bei ausreichender Größe des Metamaterials können die sich ergebenden Randeffekte, wie bei Metamaterialien üblich, vernachlässigt werden.
Figur 35 zeigt schematisch eine beispielhafte kombinierte mikromechanische Maschine mit einem beispielhaften Halbleitersubstrat als Träger (Subi).
Die Figur 35 zeigt schematisch einen vereinfachten Prinzip-Querschnitt durch eine integrierte mikroelektronische Schaltung, die in dem Träger (Subi), der beispielsweise ein Sili- zium-Wafer-Stück sein kann, gefertigt ist. Zur Vereinfachung ist diese Schaltung nicht weiter ausgeführt. Die mikrointegrierte Schaltung ist durch einen Metallisierungsstapel mit typi- scherweise mehreren Lagen von Isolatorschichten (0X1, 0X2, 0X3) und Leiterschichten (PLY, Kl, K2) geschützt. Andere Isolatoren als Silizium-Oxid sind denkbar. Auch sind ganze Metall/Oxid-Stapel als Isolator (OX) denkbar.
Als halbleitende Strukturen sind zwei Kontakte (Kl, K2) eingezeichnet. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass und wie komplexere Halbleiterstrukturen gefertigt werden können. Der Metallisierungsstapel wird komplexer ausgeführt, um in diesem Beispiel die mikromechanischen Teilvorrichtungen im Metallisierungsstapel auszuführen. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Ausführung mikromechanischer Komponenten auch im Substrat des Trägers (Subi) erfolgen kann. Beispielsweise kann der Metallisierungsstapel Schichten aus Metallen (wie beispielsweise Titan, Wolfram, Gold, Platin, Aluminium, Eisen, Niob, Vanadium, Mangan etc.), aus Isolatoren (wie beispielsweise Siliziumnitirid, Siliziumoxid etc.) und/oder aus amorphen oder polykristallinen Halbleiterschichten (wie beispielsweise polykristallinem Silizium - auch Poly genannt - oder amorphem Silizium oder einkristallinen Silizium oder anderen entsprechenden Halbleitermaterialien insbesondere Vl-Materialien und/oder Ill/V-Materialien und/oder Il/Vl-Materialien) umfassen. Dieser Schichtstapel kann daher, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zumindest zum Teil auch durch Bondung verschiedener Substrate, insbesondere durch Bondung von Glas- und Halbleitersubstraten, aufeinander erzeugt werden. In dem Beispiel der Figur 35 sind wie in der Figur 17 eine erste Isolatorschicht (0X1), eine zweite Isolatorschicht (0X2) und eine dritte Isolatorschicht (0X3) und eine polykristalline Siliziumschicht (PLY) vorgesehen. In dem Beispiel der Figur 35 wird nun die polykristalline Siliziumschicht in Teilbereichen der Oberfläche der Vorrichtung unterhalb der dritten Isolatorschicht (0X3) durch oberflächenmikromechanische Methoden entfernt. Dies kann, wie zuvor beschrieben, beispielsweise durch Ätzgase, wie im Stand der Technik bekannt, geschehen. Bei geeigneter Strukturierung kann ein mikromechanischer Läufer (LF) der vorgeschlagenen mikromechanischen Maschine erzeugt werden, der zum einen elektrostatisch, z.B. über die beispielhaften Leiterbahnen (LI, L2, L3, L4) zum Schwingen angeregt wird. Statt der elektrostatischen Anregung kommt auch eine parallele oder ersatzweise magnetische Anregung in Frage. Die Anregung der mikromechanischen elektrischen Maschine kann auch mittels eines Mischverfahrens zwischen elektrostatischer und magnetischer Anregung erfolgen. Teilvorrichtungen dieser beispielhaften elektrischen Maschine können auch durch ein externes elektromagnetisches Feld zum Schwingen angeregt werden und so mit anderen elektronischen und elektrischen Teilvorrichtungen in Wechselwirkung treten. Beispielsweise ist es denkbar einen Hall-Sensor in ihrem Stator zu platzieren. In dem Fall kann eine im Träger (Subi) unterhalb des Läufers (LF) platzierte Hall-Platte (HL) helfen. Diese Hall-Platte kann als elektrostatische Gegenelektrode zu einer Elektrode im Läufer wirken.
Für eine beispielhafte Stromansteuerung kann beispielsweise die erste Leiterbahn (LI) mit einem elektrischen Strom eines ersten Strombetrages in eine erste Stromrichtung und die dritte Leiterbahn (L3) mit einem elektrischen Strom des ersten Strombetrages in einer zwei- ten Stromrichtung beaufschlagt werden. Dabei ist die zweite Stromrichtung der ersten
Stromrichtung entgegengesetzt. Die erste Leiterbahn (LI) ist dann die Stromzuleitung und die dritte Leiterbahn (L3) die Stromrückleitung. Die erste Leiterbahn (LI) und die dritte Leiterbahn (L3) können dann als eine erste Spule betrachtet werden und erzeugen einen ersten magnetischen Fluss (Bi). Beispielsweise kann die zweite Leiterbahn (L2) mit einem elektrischen Strom mit einem zweiten Strombetrag in der ersten Stromrichtung und die vierte Leiterbahn (L4) mit einem elektrischen Strom mit einem zweiten Strombetrag in der zweiten Stromrichtung beaufschlagt werden. Dabei ist die zweite Stromrichtung der ersten Stromrichtung entgegenge- setzt. Die zweite Leiterbahn (L2) ist dann wieder die Stromzuleitung und die vierte Leiterbahn (L4) die Stromrückleitung. Die zweite Leiterbahn (L2) und d ie vierte Leiterbahn (L4) können dann als eine zweite Spule betrachtet werden und erzeugen einen zweiten magnetischen Fluss (B2). Der durch die erste Spule (LI, L3) erzeugte erste magnetische Fluss (Bi) und der d urch die zweite Spule (L2, L4) erzeugte zweite magnetische Fluss (B2) werden d urch das erfindungsgemäße supraleitende Grenzgebiet (GG) innerhalb der Grenzbereiches (GFB) modifiziert. Damit ändert sich der Energieinhalt der Felder. Dadurch üben die magnetischen Felder der ersten Spule (LI, L3) und der zweiten Spule (L2, L4) eine Kraft auf den Läufer (LF) aus. Der Läufer (LF) ist zum Zwecke der Beweglichkeit zum einen über ein erstes Federelement (Si) sowie ein zweites Federelement (S2) und über ggf. dem Querschnitt der Figur 35 nicht sichtbare weitere Federelemente beweglich gegenüber dem Stator, der durch d ie erste Spule (LI, L3) und die zweite Spule (L2, L4) gebildet ist, aufgehängt. Die Beweglichkeit wird durch eine Kavität (CAV) gesichert, die den Läufer (LF) in seinem gesamten Umfang und d ie Federelemente (Si, S2) von dem Träger (Subi) mechanisch trennt. Dem Fachmann ist sofort offensichtlich, dass die supraleitende Teilkomponente, d. h. das Substrat (GSUb) mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG), auch im Stator angeordnet sein kann und die erste Spule (LI, L3) und die zweite Spule (L2, L4) auf dem Läufer angemeldet sein können. Kombinationen d ieser beiden Varianten der Anordnung supraleitender Vorrichtungsteile auf Läufer (LF) und/oder Stator (Subi) sind möglich.
Durch geeignete Ausformung der Spulen und des Läufers (LF) und/oder des zumindest teilweise supraleitenden Substrats (GSUb) mit den Grenzgebieten (GG) bzw. Grenzflächen (GF) ist es möglich, rotatorische Momente um d ie drei Drehachsen des Läufers und/oder translatorische Kräfte längs der d rei Translationsachsen einzuprägen. Diese Kräfte können magnetisch und/oder elektrostatisch vermittelt werden. U mgekehrt können so einstrahlende elektromagnetische Wellen mit dem Läufer in Wechselwirkung treten. Dies hat den Vorteil, dass mechanische Oszillatoren bei geeigneter Kapselung in einem Gehäuse im Hochvakuum eine hohe Resonatorgüte erreichen. Es ist denkbar, in dem Läufer (LF) und/oder dem Stator (das Substrat Subi) Permanentmagnete, z.B. in Form strukturierter ferromagnetischer Schichten, vorzusehen, um einen Bias- Fluss ohne eine elektrische Energiequelle vorzusehen.
Zum Einbau der erfindungsgemäßen, bei Raumtemperatur supraleitenden Vorrichtungsteile mittels eines Klebers (GL) wird das supraleitende Schichtpaket, d . h. das erste Substrat (Gsub) mit dem eigentlichen supraleitenden Grenzgebiet (GG) im Grenzbereich (GFB), auf dem Läufer (LF) und damit indirekt auf dem Träger (Subi) mit der integrierten mikroelektronischen Schaltung befestigt. Auf d iese Teilvorrichtung, also beispielsweise den Läufer LF, der federnd über Federelemente (Si, S2) oberhalb des besagten Trägers (Subi) mit der besagten beispiel- haften Hall-Struktur (HL) befestigt ist, wird das bei Raumtemperatur supraleitende erste
Substrat (GSUb bestehend GBi, GB2, GFB, GG) aufgebracht. Dies kann beispielsweise (aber nicht nur) d urch Aufkleben oder Festklemmen mit einem nicht magnetischen Werkstoff, hier dem Kleber (GL), geschehen. Dadurch weist die mikromechanische elektrische Maschine in Form des hier vorgestellten M ikromotors mit dem Läufer (LF) und dem Stator (Subi) zumindest eine Teilvorrichtung, das Grenzgebiet (GG), auf, die ein elektrischer Supraleiter im Sinne dieser Erfindung ist.
Durch eine erste Konta ktdotierung (KD1) und eine zweite Kontaktdotierung (KD2) wird in dem Beispiel d ie Hall-Struktur (HL) der Figur 35 elektrisch über den ersten Kontakt (Kl) und den zweiten Kontakt (K2) kontaktiert. Die Hall-Struktur d ient in dem Beispiel der Figur 35 als beispielhafte elektrostatische Gegenelektrode zu elektrisch leitenden Strukturen des Läufers. I n dem Beispiel der Figur 35 kann d ies beispielsweise das erste Substrat (GSUb) sein. Dem Fachmann ist offenbar, dass vor dem Aufbringen des Substrats (GSUb) auf den Träger (Subi) dieser (Subi) einem mikrostrukturtechnischen Prozess unterworfen worden sein kann, wobei auf bzw. in dem Träger (Subi) nano- oder mikroelektronische Schaltkreise und/oder nano- oder mikromechanische Vorrichtungen und/oder mikrooptische Vorrichtungen und/oder mikrofluidische Vorrichtungen gefertigt worden sein können. Beispielsweise kann es sich dabei um das Erzeugnis eines CMOS-Prozesses handeln. Der Metallisierungsstapel der Figur 35 besteht aus einer ersten Isolationsschicht, vorzugsweise einem ersten Oxid (0X1), das vorzugsweise ein Gate-Oxid ist, und aus einer zweiten Isolationsschicht (0X2), vorzugsweise einem zweiten Oxid. Zwischen der ersten Isolationsschicht (0X1) und der zweiten Isolationsschicht (0X2) sind zwei beispielhafte Leiterbahnen (LI, L2) platziert, d ie bevorzugt mittels Fotolithografie in einem mikromechanischen foto- lithografischen Fertigungsverfahren hergestellt werden können. Es kommt nun zu einer Wechselwirkung zwischen dem Stromfluss in den Leiterbahnen (LI, L2) und dem bei Raumtemperatur supraleitenden Grenzgebiet (GG) oder der bei Raumtemperatur supraleitender Grenzfläche (GF) innerhalb des Grenzbereiches (GFB) des Substrats (Gsub). Der Induktivitätsbe- lag der Leiterbahnen (LI, L2) wird d urch d ie Nähe des bei Raumtemperatur supraleitenden Substrats (Gsub) verändert. Komplexere Metallisierungsstapel und Dotierungsstrukturen innerhalb des Trägers (Subi) sind möglich. Aus dem Stand der Technik kann entnommen werden, dass d ie mechanische Struktur solcher mikromechanischer Vorrichtungen komplexer gestaltet werden kann. Figur 36 zeigt d ie beispielhafte mikromechanische elektrische Maschine der Figur 35 in einer beispielhaften Aufsicht. Es sind die Bezugszeichen der beispielhaft sichtbaren Oberflächen eingetragen. Die erste Leiterbahn (LI), d ie zweite Leiterbahn (L2), die d ritte Leiterbahn (L3) und die vierte Leiterbahn (L4) sind gestrichelt angedeutet. Es wird angenommen, dass sich der Träger (Subi) noch nach oben und unten fortsetzt und so die Leiterbahnen für die oben in Figur 35 beschriebene erste Spule (LI, L3) und zweite Spule (L2, L4) bilden können. Dies ist zur besseren Übersicht nicht eingezeichnet. Beispielhaft sind ein erster Kontakt (Kl), ein zweiter Kontakt (K2), ein dritter Kontakt (K3) und ein vierter Kontakt (K4) für d ie Van-der- Pa uw-Struktur der Hall-Struktur (HL) eingezeichnet. Die Hall-Struktur (HL) kann ggf. als Sensor zur Positionsbestimmung des Läufers (LF) verwendet werden. Sie ist für d ie rein mecha- nische Funktion nicht zwingend erforderlich.
Figur 37 zeigt eine beispielhafte Flachspule mit d rei Windungen schematisch vereinfacht im Querschnitt. Figur 38 zeigt d ie gleiche Flachspule in der Aufsicht. Das Herstellungsverfahren entspricht einem der vorausgehenden Herstellungsverfahren. Die Spulenwicklung ist aus ei- nem der oben beschriebenen Materialen mit erfindungsgemäß supraleitenden Eigenschaften gefertigt. Beispielsweise durch eine der oben beschriebenen Strukturierungsmethoden werden dann die Spulenwindungen aus dem ersten Substrat (GSUb) herausgearbeitet. Für den Anschluss des Mitten kontaktes, sollte bevorzugt ein Isolator (IS) (isolierende Schicht) auf dem ersten Substrat (GSUb) aufgebracht werden. Der Anschluss erfolgt dann durch eine geeignete Metallisierung (M). Dies kann z.B. Aluminium, Gold, Platin, Iridium, Eisen, Kupfer, Magnesium, Zinn, Zink, Blei etc. enthalten. Ggf. müssen die Windungen im Anschlussbereich an ihrer Außenkante angeschrägt werden.
Die Figuren 39 und 40 zeigen zwei magnetisch und/oder elektrostatisch gekoppelte Leiter- schleifen im Querschnitt und in der Aufsicht. Das Herstellungsverfahren entspricht einem der vorausgehenden Herstellungsverfahren. Die Spulenwicklungen sind aus einem der oben beschriebenen, erfindungsgemäß supraleitenden Materialen gefertigt. Im einfachsten Fall wird wieder ein geeignetes Substrat (GSUb) selektiert und auf den Träger (Subi) aufgebracht. Beispielsweise durch eine der oben beschriebenen Strukturierungsmethoden werden dann die Spulenwindungen aus dem ersten Substrat (GSUb) herausgearbeitet. Hierdurch entstehen auf dem Träger (Subi) ein erstes Substrat (GSUbi) und ein weiteres Substrat (GSUb2) . Diese Figuren stellen ein schematisches vereinfachtes Anwendungsbeispiel der obigen technischen Lehre auf ein Mehrtor - hier ein Zweitor - mit mindestens zwei magnetisch und/oder elektrostatisch miteinander gekoppelten Leitungen dar. Figur 41 entspricht der Figur 20 wobei ein optisches Funktionselement, hier eine beispielhafte Linse (OE), elektromagnetische Strahlung mit dem ersten Substrat (GSUb) koppelt. Des Weiteren findet hier eine Kopplung mit einem optisch aktiven Lichtwellenleiter (OA) statt. Durch geeignete Ausgestaltung der Form des ersten Substrats (GSUb) und des Lichtwellenleiters (OA) sowie durch Filterung der elektromagnetischen Strahlung kann die Stärke der Wechselwirkung auf das erste Substrat (GSUb) und/oder den optisch aktiven Lichtwellenleiter (OA) einzeln konstruktiv vorbestimmt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das erste Substrat (GSUb) durch Strahlung bis über seine kritische Temperatur (Tc) erhitzt und so die Wechselwirkung mit dem Lichtwellenleiter (OA) geändert wird, was erfasst werden kann. Merkmale der Erfindung
Die Erfindung lässt sich ferner alternativ durch eine der nachfolgend genannten Merkmalsgruppen umschreiben, wobei die Merkmalsgruppen beliebig miteinander kombinierbar sind und auch einzelne Merkmale einer Merkmalsgruppe mit ein oder mehreren Merkmalen ei- ner oder mehrerer anderer Merkmalsgruppen und/oder einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind. Dabei gilt, dass mit "Schichtbereich" "Schicht" gemeint ist und "Grenzfläche" als Spezialfall des Grenzgebiets innerhalb des Grenzbereichs zwischen zwei Schichten mit unterschiedlicher Graphit-Kristallstruktur zu verstehen ist.
Merkmal 1.0
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen oder optischen oder magnetischen oder elektronischen Bauelements u mf a sse n d d ie Sc h r itte
• Bereitstellen (1) eines ersten Substrats (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (Gßl, Gß2),
o wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Grenzfläche (GF) aufweisen und
o wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage besteht und
o wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage besteht und
o wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000069_0001
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters des ersten Schichtbereichs (GBI) aufweist und o wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000070_0001
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs (GB2) aufweist und
o wobei die Grenzfläche (GF) zumindest teilweise, in Grenzgebieten (GG), supra- leitende Eigenschaften aufweist und wobei die Grenzfläche (GF) zumindest teilweise eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K ist und/ oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K aufweist, die höher als IT und/oder 50 T ist;
· Strukturieren (8) des Substrats (GSUb), insbesondere durch nasschemische Ätzung, Ionen- oder Teilchenstrahlätzung, Focussed-Ion-Beam, Plasmaätzung, elektrochemische Ätzung, spanende Formgebung, Pressung, Sinterung, Funkenerosion, Amorphi- sierung;
• Bereitstellen (13) von Kontakten der Grenzfläche (GF). Merkmal 1.1
Verfahren nach Merkmal 1.0 umfassend den zusätzlichen Schritt
• Strukturierung des supraleitenden Teilbereichs der Grenzfläche (GF), des Grenzgebiets (GG), das supraleitende Eigenschaften aufweist und wobei das Grenzgebiet (GG) eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K aufweist, die höher als IT und/oder 50 T ist, durch Begrenzung der Supraleitfähigkeit, insbesondere durch Amorphisierung.
Merkmal 1.2
Verfahren nach Merkmal 1.0 umfassend den zusätzlichen Schritt
· Feststellen (2) der Orientierung der Flächennormalen
Figure imgf000070_0002
der Grenzfläche (GF) innerhalb des Substrats (GSub).
Merkmal 1.3
Verfahren nach Merkmal 1.0 umfassend den zusätzlichen Schritt • Feststellen (2) der Lage des supraleitenden Bereichs, des Grenzgebiets (GG), der Grenzfläche (GF) innerhalb des Substrats (Gsub) mittels eines Magnetic Force
Microscopes (MFM) oder mittels eines anderen geeigneten Messmittels für die Verteilung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Feldstärke. Merkmal 1.4
Verfahren nach Merkmal 1.0 oder 1.2 umfassend den zusätzlichen Schritt
• Abdünnen (3) eines Schichtbereiches (GBI, GB2), im Folgenden der„betreffende
Schichtbereich", und Schaffung einer unteren Grenzfläche (UGF) parallel zur Grenzfläche (GF); wobei die Mindestdicke des betreffenden Schichtbereichs nach Merkmal 1.0 eingehalten wird;
Merkmal 1.5
Verfahren nach Merkmalen 1.3 oder 1.4 umfassend den zusätzlichen Schritt
• Abdünnen (3) und/oder Orientierung der Flächennormalen ( p) der Grenzfläche (GF) innerhalb des Substrats (Gsub) durch Abspalten einer oder mehrerer Graphen-Lagen.
Merkmal 1.6
Verfahren nach Merkmal 1.2 umfassend den zusätzlichen Schritt
• Aufbringen (4) des abgedünnten Substrats (Gsub) auf die Oberfläche (OF) eines Trä
Figure imgf000071_0001
• Befestigen (5) des abgedünnten Substrats (Gsub) an der Oberfläche (OF) des Trägers (Subi) mittels Adhäsion, Bildung eines Karbides, Bildung eines Eutektikums oder Klebung (GL) oder Schweißung, insbesondere Laser-Schweißung.
Merkmal 1.7
Verfahren nach Merkmal 1.2 oder 1.6 umfassend den zusätzlichen Schritt
• Abdünnen (6) des Schichtbereiches (GBI, GB2), im Folgenden der„anderer Schichtbe- reich", der nicht der betreffende Schichtbereich ist, und Schaffung einer oberen
Grenzfläche (OGF) parallel zur Grenzfläche (GF), wobei die Mindestdicke des anderen Schichtbereichs nach Merkmal 1.0 eingehalten wird. Merkmal 1.8
Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1.2 bis 1.8 gekennzeichnet dadurch
• dass das Abd ünnen durch Anwendung zumindest eines der folgenden Verfahren erfolgt
o spanerzeugende Formgebung und/oder
o Polieren und/oder
o Schleifen und/oder
o Elektrochemisches Polieren und/oder
o Chemisch mechanisches Polieren (CM P) und/oder
o Nasschemisches Ätzen und/oder
o lonenätzung und/oder
o Teilchenstrahlätzung und/oder
o Chemische Ätzung und/oder
o Plasmaätzung. Merkmal 1.9
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1.0 bis 1.8 u m f a s s e n d d i e S c h r i t t e
• Bereitstellung (7) eines zweiten Substrates (SUB), das mit dem Träger (Subi) identisch sein kann,
o wobei das zweite Substrat (SUB) elektrisch isolierend oder elektrisch normalleitend oder elektrisch halbleitend vom p-Leitungstyp oder elektrisch halbleitend vom n-Leitungstyp oder elektrisch metallisch leitend sein kann;
• Durchführen eines Verfahrens nach Merkmal 1.0.
Merkmal 1.10
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach dem vorhergehenden Merkmal 1.9 dadurch gekennzeichnet,
• dass das zweite Substrat (SU B) ein halbleitendes elektronisches Bauelement, insbesondere, aber nicht nur, eine Diode, eine PN-Diode, eine Schotty-Diode, einen ohm- schen Widerstand, einen Transistor, einen PN P oder PN P Bipola rtransistor, einen Diac, eine Triode, einen n- oder p-Kanal-MOS-Transistor, eine pip,- oder nin- oder pin-Diode, eine Solarzelle, aufweist und/oder
• dass das zweite Substrat (SUB) eine fluidische und/oder mikrofluidisches (MHD-Generator) und/oder optische und/oder mikrooptische Teilvorrichtung, aufweist und/o- der
• ein elektronisches oder elektrisches Bauelement, insbesondere aber nicht beschränkt darauf eine Flachspule oder einen Kondensator, aufweist, das in Mikrostrukturtech- nik auf dem zweiten Substrat oder in diesem zweiten Substrat (SUB) gefertigt ist.
Merkmal 1.11
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1.0 bis 1.10 u m f a s s e n d d i e S c h r i t t e
• Aufbringen (9) mindestens einer elektrisch leitenden Schicht (M) auf das erste Substrat (Gsub) oder zweite Substrat (SUB),
• wobei die elektrisch leitende Schicht (M) elektrisch normalleitend oder elektrisch halbleitend vom p-Leitungstyp oder elektrisch halbleitend vom n-Leitungstyp oder elektrisch metallisch leitend sein kann.
Merkmal 1.12
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach dem vorhergehenden Merkmal 1.11 umfassend die Schritte
· Strukturierung (10) der mindestens einen normalleitenden Schicht (M).
Merkmal 1.13
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1.0 bis 1.12 umfassend die Schritte
• Aufbringen (11) mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht (IS) auf das erste Substrat (GSUb) oder das zweite Substrat (SUB) oder den Träger (Subi) oder auf eine elektrisch, insbesondere normal, leitende Schicht (M).
Merkmal 1.14 Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach dem vorhergehenden Merkmale 1.0 bis 1.13 umfassend die Schritte
• Strukturierung (12) der mindestens einen isolierenden Schicht (IS);
Merkmal 1.15
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach Merkmal 1.11 dadurch gekennzeichnet,
• dass die elektrisch leitende Schicht (M) mit dem ersten Substrat (GSUb) an zumindest einer Stelle in direktem mechanischen Kontakt steht.
Merkmal 1.16
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach Merkmal 1.11 dadurch gekennzeichnet, · dass die elektrisch isolierende Schicht (IS) mit dem ersten Substrat (GSUb) an zumindest einer Stelle in direktem mechanischen Kontakt steht.
Merkmal 1.17
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1.0 bis 1.16
· wobei die Strukturierung (9, 11) fotolithografisch und/oder nasschemisch und/oder durch Plasmaätzung und/oder Ionen- und Partikelstrahlbeschuss und/oder Armophi- sierung und/oder E-Beam-Bestrahlung und/oder Laser-Bestrahlung und/oder mechanisch spanende Verfahren und/oder formgebende Verfahren, die bei einer Strukturierung, die die Strukturierung der der Grenzfläche (GF) mit umfasst, mit einem Rei- ßen der Grenzfläche (GF) kombiniert sind.
Merkmal 1.18
Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 1.0 bis 1.17
• wobei zumindest Teile des ersten Substrats (GSUb) mit einem Verfahren entsprechend der technischen Lehre der AU 2015 234 343 AI, der EP 2 982 646 AI und der
JP 5 697 067 Bl oder eines anderen Verfahren zur Herstellung von Graphit mit einem Anteil an romboedrischem Graphit von mehr als 1% hergestellt wurden. Merkmal 2.0
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement
• mit einer Teilvorrichtung, die ein erstes Substrat (GSUb) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) umfasst,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Grenzfläche (GF) aufweisen und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit- 2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GR) aus Graphit mit rhombohedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) besteht und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000075_0001
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters des ersten Schichtbereichs (GBI) aufweist und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000075_0002
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs (GR) aufweist und
• wobei die Grenzfläche (GF) ein Grenzgebiet (GG) mit supraleitende Eigenschaften aufweist und wobei das Grenzgebiet (GG) eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher ist als
-195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K aufweist, die höher ist als IT und/oder 50 T und
• wobei das erste Substrat (GSUb) so strukturiert ist, dass die Außenkannte der Grenzfläche (GF) in zumindest einem Teilbereich des ersten Substrats (GSUb) durch Bearbeitung verändert ist und
• wobei die Grenzfläche (GF) zumindest einen elektrischen Kontakt aufweist, der dazu vorgesehen oder geeignet ist, die Grenzfläche (GF) elektrisch mit einem elektrischen Leiter zu verbinden. Merkmal 3.0
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen oder optischen oder magnetischen oder elektronischen Bauelements
• Bereitstellen eines elektrischen oder optischen oder magnetischen oder elektroni- sehen Bauelements,
o wobei das Bauelement eine supraleitende Teilvorrichtung mit einer Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher ist als -196°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K aufweist, die höher ist als IT und/oder 50 T;
• Bestromen des elektrischen Bauelements bei einer Temperatur (T), die oberhalb von -196°C liegt und wobei innerhalb der supraleitenden Teilvorrichtung ein Stromfluss auftritt.
Merkmal 4.0
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement gekennzeichnet dadurch,
• dass es zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Fluss- dichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T aufweist.
Merkmal 4.1
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrische Supraleiter Kohlenstoff aufweist.
Merkmal 4.2
Bauelement nach Merkmal 4.1 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrische Supraleiter Kohlenstoff in rhomboedrischer Kristallstruktur (Graphit 3R) aufweist.
Merkmal 4.3 Bauelement nach Merkmal 4.1 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrische Supraleiter Kohlenstoff in Bernal-Kristallstruktur (Graphit 2H) aufweist.
Merkmal 4.4
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch,
· dass es dazu vorgesehen ist, in einem ersten vorgesehenen Betriebszustand bei einer
Arbeitstemperatur (Ta) oberhalb der Sprungtemperatur (Tc) betrieben zu werden und
• dass es dazu vorgesehen ist, in einem zweiten vorgesehenen Betriebszustand bei einer Arbeitstemperatur (Ta) unterhalb der Sprungtemperatur (Tc) betrieben zu werden. Merkmal 4.5
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch,
• dass es die Form eines länglicheren Stabes hat,
• wobei der Vektor der Stabrichtung parallel zu einem Ebenenvektor der Grenzfläche (GF), der parallel zu dieser ist, ist, und
· wod urch der Stab in zwei Hälften, den ersten Schichtbereich (G BI) und den zweiten
Schichtbereich (G B2) geteilt wird,
Merkmal 4.6
Bauelement nach Merkmal 4.5 gekennzeichnet dadurch,
• dass d ie elektrischen Kontakte (K) durch Metallkappen an den Enden des Stabes her- gestellt werden, d ie insbesondere auf dem Stab aufgesetzt sind .
Merkmal 4.7
Temperatursensor dad urch gekennzeichnet, dass er ein elektrisches Bauelement nach Merkmal 4.4 ist.
Merkmal 4.8
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass seine Leitfähigkeit von einem externen Magnetfeld abhängt.
Merkmal 4.9 Bauelement nach Merkmal 4.8 dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitende Teilstruktur ein topologisches Geschlecht größer 0 aufweist.
Merkmal 4.10
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass es eine elektrische Leitung ist. Merkmal 4.11
Leitung (LI) nach Merkmal 4.10 dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Abstand zu einer zweiten Leitung (L3) nach Merkmal 4.12 geführt ist, sodass elektrische Eigenschaften dieser Leitung (LI) von dem Stromfluss in der zweiten Leitung (L3) abhängen.
Merkmal 4.12
Leitung nach Merkmal 4.10 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine supraleitende Teilstruktur zylinderförmig ist.
Merkmal 4.13
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch,
• dass es eine elektrische Spule ist und/oder
• dass es eine Flachspule ist und/oder
• dass es ein Übertrager ist und/oder
• dass es eine Zylinderspule ist.
Merkmal 4.14
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass es ein Resonator oder ein Mikrowellenresonator oder eine Antenne oder ein Oszillator ist.
Merkmal 4.15
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass es Teil eines elektrischen Kondensators ist.
Merkmal 4.16
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass es ein bistabiles Verhalten aufweist. Merkmal 4.17
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass es eine Josephson Diode (TUi, TU2) ist oder aufweist.
Merkmal 4.18
Bauelement nach Merkmal 4.17 gekennzeichnet dadurch, dass es ein Josephson-Speicher (s.a. DE2434997) ist.
Merkmal 4.19
Bauelement nach Merkmal 4.0 gekennzeichnet dadurch, dass es Teil einer Antenne ist. Merkmal 4.20
Bauelement nach Merkmal 4.11 gekennzeichnet dadurch, dass es ein Quantenregister-Bit ist.
Merkmal 5.0
Optisches Bauelement dadurch gekennzeichnet,
• dass es zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T aufweist.
Merkmal 5.1
Optisches Bauelement nach Merkmal 5.0 dadurch gekennzeichnet,
· dass die Teilvorrichtung dazu vorgesehen ist, zur Kodierung von Daten verwendet zu werden, die mittels des Faraday-Effekts ausgelesen werden,
• wobei insbesondere vorgesehen ist, einkristalline ferrimagnetische Granatschichten auf Basis von Bismut-substituiertem Seltenerd-Eisengranat der Stöchiometrie (Bi,SE)3(Fe,Ga)sOi2 als Magnetfeld sensitives optisches Element zu verwenden. Merkmal 6.0
Magnetisches Bauelement gekennzeichnet dadurch, dass es zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T aufweist.
Merkmal 6.1
Magnetisches Bauelement nach Merkmal 6.1 gekennzeichnet dadurch, dass es dazu vorgese- hen ist, bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur (Tc) und/oder bei einem externen Magnetfeld unterhalb der kritischen magnetischen Flussdichte (Bc) betrieben zu werden.
Merkmal 6.2
Magnetisches Bauelement nach Merkmal 6.1 gekennzeichnet dadurch, dass bei bestim- mungsgemäßen Gebrauch ein Dauermagnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte (B) von mehr als 5μΤ aufweist.
Merkmal 6.3
Magnetisches Bauelement nach Merkmal 6.2 gekennzeichnet dadurch, dass es ein
Flussquantengenerator (s.a. DE 28 43 647) ist. Merkmal 7.0
Elektrische Maschine, die eine rotierende Maschine (Fig. 35) oder ein Linearmotor sein kann, gekennzeichnet dadurch, dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -50°C und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 7.1
Elektrische Maschine nach Merkmal 7.0, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitende Teilvorrichtung (GSUb) Teil eines Rotors und/oder eines Läufers (LF) oder eines Stators der Maschine (Fig. 35) ist. Merkmal 8.0
Mobiles Gerät gekennzeichnet dadurch, dass sie zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist und
• dass d iese Teilvorrichtung ein Energiespeicher ist.
Merkmal 9.0
Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 10.0
Med izinisches Gerät dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 11.0
Messvorrichtung dad urch gekennzeichnet, dass es zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist. Merkmal 12.0
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement
• mit einer Teilvorrichtung, d ie ein erstes Substrat (GSUb) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) umfasst,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinan- der angeordnet sind und eine gemeinsame Grenzfläche (GF) aufweisen und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit- 2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom besteht und • wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit rhomboed rischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) besteht und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen (IIF) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters des ersten Schichtbereichs (G BI) aufweist und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen (np) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs (G B2) aufweist und
• wobei die Grenzfläche (GF) ein Grenzgebiet (GG) mit supraleitende Eigenschaften auf- weist und wobei das Grenzgebiet (GG) eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, d ie höher ist als
-195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K aufweist, die höher ist als IT und/oder 50 T und
· wobei das erste Substrat (GSUb) so strukturiert ist, dass d ie Außenkannte der Grenzfläche (GF) in zumindest einem Teilbereich des ersten Substrats (GSUb) durch Bearbeitung verändert ist und
• wobei die Grenzfläche (GF) zumindest einen elektrischen Kontakt aufweist, der dazu vorgesehen oder geeignet ist, die Grenzfläche (GF) elektrisch mit einem elektrischen Leiter zu verbinden.
Merkmal 13.0
Elektronisches Bauelement (Figur 14)
• mit einer Hall-Messstruktur (HL) oder einer anderen elektrischen Vorrichtung, bei der mindestens ein elektrischer Parameter von der magnetischen Flussd ichte oder der magnetischen Feldstärke abhängig ist, die diese andere elektrische Vorrichtung d urchd ringt
dadurch gekennzeichnet, • dass es zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb)aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 13.1
Elektronisches Bauelement nach Merkmal 13.0
• wobei die erste Teilvorrichtung eines ersten Substrats (GsUb) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) ist, und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GBI) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Grenzfläche (GF) aufweisen und
• wobei zumindest der erste Schichtbereich (GBI) oder der zweite Schichtbereich (GBI) über der Hallmessstruktur (HL) angeordnet ist.
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit- 2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit rhombohedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage besteht und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000083_0001
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters des ersten Schichtbereichs (GB) aufweist und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000083_0002
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs (GR) aufweist
• wobei die Grenzfläche (GF) ein Grenzgebiet (GG) mit zumindest teilweise supraleitende Eigenschaften aufweist und wobei das Grenzgebiet (GG) zumindest teilweise eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher ist als -195°C und/oder höher als - 100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder eine kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K aufweist, d ie höher als 1 T und/oder 50 T ist.
Merkmal 14.0
Elektronisches Bauelement
• mit zumindest einer Teilvorrichtung (GSUb), die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/oder und/ oder höher als 360 K und/ oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist,
• wobei diese erste Teilvorrichtung ein erstes Substrat (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) ist,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Grenzfläche (GF) aufweisen und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) ein Kristall aus Kohlestoff mit einer ersten Kristallstruktur ist und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) ein zweiter Kristall aus Kohlestoff mit einer ersten oder zweiten Kristallstruktur ist und
• wobei zwischen dem ersten Kristall und dem zweiten Kristall eine Grenzfläche (G F) ausgebildet ist und
• wobei die Grenzfläche (GF) ein Grenzgebiet (GG) mitzumindest teilweise supraleitende Eigenschaften aufweist und wobei das Grenzgebiet (GG) zumindest teilweise eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, d ie höher ist als -195°C und/oder höher als - 100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder eine kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K aufweist, d ie höher ist als IT und/oder 50 T.
Merkmal 14.1
Vorrichtung nach Merkmal 14.0
• wobei zumindest der erste Schichtbereich (G BI) oder der zweite Schichtbereich (GB2) über oder in der Nähe einer Hall-Messstruktur (HL) oder einem anderen Magnetfeld sensitiven Sensor oder Sensorelement angeord net ist, • wobei Nähe bedeutet, dass ein magnetisches Feld, dass durch einen Strom in der Grenzfläche (GF) oder dem ersten Schichtbereich (GBI) oder dem zweiten Schichtbereich (GB2) erzeugt wird, einen Parameter, insbesondere ein Messsignal, der Hall- Messstruktur (HL) oder des anderen Magnetfeld sensitiven Sensors oder Sensorelements ändern kann.
Merkmal 15.0
Elektronisches Bauelement
• mit einer elektronischen Teilvorrichtung (HL, Fig. 13), insbesondere einer Hallmess- struktur(HL), die einen elektrischen Parameter in Abhängigkeit von einer Magnetfeldgröße oder von einem anderen Parameter des elektromagnetischen Feldes ändert dadurch gekennzeichnet,
• dass es zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, d ie ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K ist und/ oder ein elektrischer Supraleiter mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 15.1
Elektronisches Bauelement nach Merkmal 15.1
• wobei die erste Teilvorrichtung eines ersten Substrats (GsUb) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) ist,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Grenzfläche (G F) aufweisen und
• wobei zumindest der erste Schichtbereich (G BI) oder der zweite Schichtbereich (GB2) über der Hallmessstruktur (HL) angeord net ist.
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit- 2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage besteht und • wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit rhombohedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage besteht und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen (IIF) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters des ersten Schichtbereichs (GBI) aufweist und
• wobei die Grenzfläche (GF) eine Orientierung ihrer Flächennormalen (np) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs (GB2) aufweist
• wobei die Grenzfläche (GF) ein Grenzgebiet (GG) mit zumindest teilweise supraleitende Eigenschaften aufweist und wobei das Grenzgebiet (GG) zumindest teilweise eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher ist als
-195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder wobei die Grenzfläche (GF) zumindest teilweise eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K aufweist, die höher als 1 T und/oder 50 T ist.
Merkmal 16.0
Mikroelektronische Schaltung, insbesondere integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder ein elektrischer Supraleiter mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als 1 T und/oder 50 T ist.
Merkmal 18.0
Mikromechanische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder ein elektrischer Supraleiter mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als 1 T und/oder 50 T ist. Merkmal 19.0
Mikrooptische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder ein elektrischer Supraleiter mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als 1 T und/oder 50 T ist.
Merkmal 19.1
• Mikrooptische Vorrichtung nach Merkmal 19.1 dadurch gekennzeichnet, dass sie zu- mindest einen Lichtwellenleiterabschnitt aufweist, der dazu geeignet oder vorgesehen ist, dass dessen optische Eigenschaften zumindest zeitweise von einem magnetischen Feld abhängen, das von der besagten Teilvorrichtung erzeugt wird.
Merkmal 20.0
Lichtwellenleiter dadurch gekennzeichnet,
· dass er mit einer Teilvorrichtung (GSUb) zu einer Gesamtvorrichtung kombiniert ist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder ein elektrischer Supraleiter mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als 1 T und/oder 50 T ist und
· dass zumindest eine Wechselwirkung zwischen der Teilvorrichtung (GSUb) und dem
Lichtwellenleiter messbar ist.
Merkmal 21.0
Mikrofluidische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supralei- ter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder ein elektrischer Supraleiter mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als 1 T und/oder 50 T ist. Merkmal 22.0
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen oder elektronischen oder optischen oder magnetischen Vorrichtung umfassend die Schritte
• Bereitstellen eines Trägers (Subi);
• Aufbringen eines ersten Substrats (GSUb) auf den Träger (Subi),
• wobei das Substrat (GSUb) zumindest einen Teilbereich aufweist, der ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als - 100°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 23.0
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen oder elektronischen oder optischen oder magnetischen Vorrichtung umfassend die Schritte
• Bereitstellen eines ersten Substrats (GSUb),
• wobei das erste Substrat (GSUb) zumindest einen Teilbereich aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/ oder höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K höher als IT und/oder 50 T ist;
• elektrisches Kontaktieren des ersten Substrats (GSUb).
Merkmal 24.0
Verfahren zur Selektion natürlicher Raumtemperatursupraleiter für die technische Verwendung umfassend die Schritte
• Bereitstellen eines Substrats zur Untersuchung auf Raumtemperatur-Supraleitung insbesondere zwecks Bequemlichkeit bei einer Temperatur höher -40°C;
• Aussetzen des Substrats einem Magnetfeld, mit mehr als 0,5 besser mehr als IT, besser mehr als 2T, besser mehr als 4T, besser mehr als 8T.
• Vermessung eines Bereiches des Substrats mit einer MFM zu Lokalisierung eines Linienstromes.
Merkmal 24.1 Verfahren nach Merkmal 24.0 gekennzeichnet durch
• Lagerung des Substrats bei mehr als 200 K und
• erneute Vermessung eines Bereiches mit einem Linienstrom nach einer Verweilzeit von mehr als 5 Minuten und/oder von mehr als einer Stunde und/oder von mehr als einem Tag und/oder von mehr als einer Woche besser einem Monat zur erneuten Bestätigung der Supraleitung.
Merkmal 25.0
Elektrische oder elektronisch Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/ o- der höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 27.0
Magnetische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
· dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/ o- der höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 28.0
Optische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung (GSUb) aufweist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/ o- der höher als 360 K und/ oder die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist. Merkmal 29.0
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 13)
• mit mindestens einem Leiter (W, Wla, Wlb, W2a, W2b), • wobei in den mindestens einen Leiter (W) zumindest eine erste Phasend ifferenz-ein- führende Schwachstelle (TUi) eingefügt ist und
• wobei der mindestens eine Leiter (W) zumindest teilweise und zumindest im Bereich der ersten Phasendifferenz-einführenden Schwachstelle (TUi) aus einem Material gefertigt ist, das ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als - 195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 30.0
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 13) mit einem Leiter (W, Wla, Wlb, W2a, W2b),
• wobei der Leiter (W) in einen ersten Leiterzweig (Wla, Wlb) und einen zweiten Leiterzweig (W2a, W2b) aufgeteilt ist und
• wobei der erste Leiterzweig (Wla, Wlb) und der zweite Leiterzweig (W2a, W2b) , so angeordnet sind, dass sie zumindest teilweise einen Bereich umschließen, sodass sich eine Öffnung (Ol) zwischen den Leiterzweigen bildet und
• wobei der Leiter (W) zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, die ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 30.1
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach Merkmal 30.0
• wobei zumindest in den ersten Leiterzweig (Wla, Wlb) eine erste Phasendifferenz- einführende Schwachstelle (TUi) eingefügt ist.
Merkmal 30.2
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach Merkmal 30.1 • wobei auch in den zweiten Leiterzweig (W2a, W2b) eine zweite Phasendifferenz-ein- führende Schwachstelle (TU2) eingefügt ist.
Merkmal 30.3
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach einem oder mehre- ren der Merkmale 30.0 bis 30.2,
• wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle durch einen Isolator gebildet ist oder
• wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle durch eine lokale Modifikation der Graphen-Schichtstapelfolge gebildet ist oder
· wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle durch bei Raumtemperatur normalleitenden Bereich gebildet ist oder
• wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle durch Metall gebildet ist oder
• wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle durch bei Temperaturen größer -195°C nicht supraleitenden Graphitbereiche innerhalb des Leiters (W) gebildet ist.
Merkmal 30.4
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach einem oder mehreren der der Merkmale 30.0 bis 30.3,
• wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle durch eine Verringerung zumindest eines Querschnittmaßes, insbesondere der Breite und/oder der Dicke, des Leiters (W) gebildet ist.
Merkmal 30.5
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 30.0 bis 30.4,
• wobei eine Phasendifferenz-einführende Schwachstelle (TUi, TU2) mit einer Steuer- elektrode (Gl, G2) bedeckt ist, die gegenüber dem Leiter (W) elektrisch isoliert ist.
Merkmal 30.6
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 30.0 bis 30.5, • wobei ein Teilbereich eines Leiterzweiges (Wla, Wlb) des Leiters (W) mit einer Steuerelektrode (Gl) bedeckt ist, die gegenüber dem Leiter (W) elektrisch isoliert ist.
Merkmal 30.7
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 30.0 bis 30.6,
• wobei der Leiter (W) auf einem elektrisch bei Temperaturen größer -195°C nicht supraleitenden, elektrisch normal leitenden Träger (Subi) oder einem elektrisch halbleitenden Träger (Subi) oder einem elektrisch isolierenden Träger (Subi) gefertigt ist,
• wobei die Oberfläche des Trägers (Subi) insbesondere
• Graphit oder
• dotiertes oder nicht dotiertes Silizium oder dotierte oder nicht dotierte Ill/V-Halbleiter oder dotierte oder nicht dotierte Il/Vl-Halbleiter oder dotierten oder nicht dotierten Diamant oder
• SiN oder Si02 oder AI2O3 oder eine Keramik oder Polymere oder Kohlenstoffverbindungen oder
• Aluminium oder Chrom oder Wolfram oder Kupfer oder Eisen oder Gold oder Platin oder andere Metalle oder Verbindungen derselben
aufweisen kann.
Merkmal 30.8
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach Merkmal 30.7,
• wobei der Leiter (W) gegenüber dem elektrisch normal leitenden oder halbleitenden Träger (Subi) elektrisch isoliert ist
Merkmal 31
Elektrische Schaltung
• wobei die elektrische Schaltung zumindest ein elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach einem der vorhergehenden Merkmale umfasst.
Merkmal 32
Elektrische Schaltung (Fig 34) nach Merkmal 31 • wobei sie ein elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement nach Merkmal 30.6 umfasst und
• wobei d ie Spannung (vi) zwischen einem Leiterzweig (Wlb, W2b) des Leiters (W) und zumindest einer Steuerelektrode (Gl) durch eine Steuerspannungsquelle (VI) gesteuert wird.
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 34) mit einem Leiter (W, Wla, Wlb) nach Merkmal 30.0,
• wobei das elektrische Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement eine Teilvorrichtung aufweist, d ie die Funktion einer Cooper-Paar-Box (engl. Cooper-Pair-Box) hat und
• wobei der Leiter (W) durch d ie mindestens eine erste Phasendifferenz-einführende Schwachstelle (TU i) in einen ersten Leiterabschnitt (Wla) und einen zweiten Leiterabschnitt (Wlb) unterteilt ist und
• wobei der erste Leiterabschnitt (Wla) elektrisch mittels eines ersten Knotens (Nl) ohmsch oder kapazitiv oder induktiv kontaktiert werden kann und
• wobei der zweite Leiterabschnitt (Wlb) mittels einer Koppelkapazität (Cg) kapazitiv über einen zweiten Knoten (N2) kontaktiert werden kann,
• sodass der zweite Leiterabschnitt (Wlb) d ie Cooper-Paar-Box darstellt.
Merkmal 33
Elektrisches Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement (Fig. 35) mit einem Leiter (W, Wla, Wlb, Wie) nach Anspruch 30.0,
• wobei das elektrische Bauelement und/oder Quanteninterferenzbauelement eine Teilvorrichtung aufweist, d ie die Funktion einer Cooper-Paar-Box (engl. Cooper-Pair-Box) hat und
• wobei der Leiter (W) durch d ie erste Phasend ifferenz-einführende Schwachstelle (TUi) und eine zweite Phasendifferenz-einführende Schwachstelle (TU2) in einen ersten Leiterabschnitt (Wla) und einen zweiten Leiterabschnitt (Wlb) und einen d ritten Leiterabschnitt (Wie) unterteilt ist und • wobei der erste Leiterabschnitt (Wla) elektrisch mittels eines ersten Knotens (Nl) ohmsch oder kapazitiv oder induktiv kontaktiert werden kann und
• wobei der zweite Leiterabschnitt (Wlb) mittels einer Koppelkapazität (Cg) kapazitiv über einen zweiten Knoten (N2) kontaktiert werden kann,
• wobei der dritte Leiterabschnitt (Wie) elektrisch mittels eines dritten Knotens (N3) ohmsch oder kapazitiv oder induktiv kontaktiert werden kann und
• sodass der zweite Leiterabschnitt (Wlb) die Cooper-Paar-Box darstellt.
Merkmal 34
Metamaterial
• mit einer ein- oder zweidimensional periodischen Anordnung von (n-l)*(m-l) Quanteninterferenzbauelementen mit (n-1) und (m-1) als ganzen positiven Zahlen.
Merkmal 35.0
Metamaterial
• mit einer zweidimensional periodischen Anordnung von n*m Metamaterialteilstruktu- ren (MTSi,j) mit n und m als ganzen positiven Zahlen und l<i<n und l<j<m,
• wobei jede der Metamaterialteilstrukturen (MTSy), die nicht am Rand des Metamate- rials liegt, zusammen mit den zu ihr benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS(i-i),j, MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) zumindest eine Teilvorrichtung eines Quanteninterferenzbauelements darstellt.
Merkmal 36.0
Metamaterial
• mit einer zweidimensional periodischen Anordnung von n*m Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) mit n und m als ganzen positiven Zahlen und l<i<n und l<j<m,
• wobei jede der Metamaterialteilstrukturen (MTSi,j) zumindest einen zugehörigen Leiter (Wi,j) aufweist und
• wobei dieser Leiter (Wi,j) zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 36.1
Metamaterial nach Merkmal 36.0
• wobei Leiter (Wy) von Metamaterialteilstrukturen (MTSy) mit Leitern (W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i),) von benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS(i-i),j, MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) ohmsch, insbesondere d urch leitende oder supraleitende Verbindungen zwischen den Leitern (Wi,j, W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)) und/oder induktiv, durch Öffnungen in den Leitern (Wi,j, W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)), und/oder kapazitiv, durch Koppelflächen der Leiter (Wy, W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i)), verbunden sind.
Merkmal 36.2
Metamaterial nach Merkmalen 35.0 und/oder 36.0 und/oder 36.1
• wobei Leiter (Wy) von Metamaterialteilstrukturen (MTSy) mit Leitern (W(i+i),j, W(i-i),j, Wi,(j+i), Wi,(j-i),) von benachbarten Metamaterialteilstrukturen (MTS(i+i),j, MTS(i-i),j,
MTSi,(j+i), MTSi,(j-i)) über Phasenverschiebung einführenden Schwachstellen (TUIJJ, TU0,i,j, TU0,i,o-i), TU0,(i+i),j), insbesondere Josephson-Verbindungen (englisch : Josephson junctions), verbunden sind.
Merkmal 37.0
Digital optisches Element für elektromagnetische Strahlung
• mit zumindest einer Teilstruktur die zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/o- der 50 T ist.
Merkmal 38.0
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement • mit einer Teilvorrichtung, die ein erstes Substrat (GSUb) aufweisend zumindest einem ersten Schichtbereich (GBI) und einem zweiten Schichtbereich (GB2) umfasst,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame erste Grenzfläche (GFI) zwischen dem ersten Schichtbereich (GBI) und dem zweiten Schichtbereich (GB2) aufweisen und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit einer ersten Stapelfolge von mindestens 3 Graphen-Schichten besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit einer zweiten Stapelfolge von Graphen-Schichten besteht und
• wobei die Gesamtstapelfolge mit der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) und der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (G B2) und der gemeinsamen Grenzfläche (GF) zusammen nicht der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) entspricht
• wobei ein Teilbereich der Gesamtstapelfolge, das Grenzgebiet (GG), supraleitende Eigenschaften mit einer Sprungtemperatur (Tc) aufweist oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K aufweist.
Merkmal 38.1
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach Merkmal 38.0
• wobei die Sprungtemperatur (Tc) oder d ie kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K von der Gesamtstapelfolge abhängt.
Merkmal 38.2
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach Merkmal 38.0 und/oder 38.1
• wobei die Sprungtemperatur (Tc) höher ist als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder
• wobei die kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist. Merkmal 38.3
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.2
• wobei die erste Grenzfläche (GFI) eine Orientierung ihrer ersten Flächennormalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters der Graphen-Schichten des ersten Schichtbereichs (GBI) aufweist und
• wobei die erste Grenzfläche (GFI) eine Orientierung ihrer ersten Flächennormalen (nFi) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters der Graphen-Schichten des zweiten Schichtbereichs (G B2) aufweist. Merkmal 38.4
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.3
• wobei das erste Substrat (GSUb) so strukturiert ist, dass die Außenkannte der ersten Grenzfläche (GFI) in zumindest einem Teilbereich des ersten Substrats (GSUb) durch Be- arbeitung verändert ist.
Merkmal 38.5
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.5
• wobei die erste Grenzfläche (GFI) oder ein Grenzbereich (GFB), dessen Teil die erste Grenzfläche (GFI) ist, zumindest einen elektrischen Kontakt (K) aufweist, der dazu vorgesehen oder geeignet ist, die erste Grenzfläche (GFI) oder den Grenzbereich (GFB), dessen Teil die erste Grenzfläche (GFI) ist, elektrisch mit einem elektrischen Leiter zu verbinden.
Merkmal 38.6
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.5 • wobei d ie erste Grenzfläche (GFI) oder ein Grenzbereich (GFB), dessen Teil die erste Grenzfläche (GFI) ist, zumindest einen elektrischen Kontakt (K) aufweist, der dazu vorgesehen oder geeignet ist, die erste Grenzfläche (GFI) oder den Grenzbereich (GFB), dessen Teil die erste Grenzfläche (GFI) ist, elektrisch mit einem elektrischen Leiter zu verbinden.
Merkmal 38.7
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.6
• wobei es sich bei der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) und/oder bei der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) um die Stapelfolge von ber- nalem Graphit oder um die Stapelfolge von rhomboedrischen Graphit handelt.
Merkmal 38.8
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.7
· wobei die erste Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) gleich der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) ist, d ie zweite Stapelfolge aber gegenüber der ersten Stapelfolge um einen translatorischen Verschiebungsvektor längs der ersten Grenzfläche (GFI) versetzt ist und/oder gegenüber der ersten Stapelfolge um einen Winkel ungleich null um eine Flächennormale der ersten Grenzfläche (GFI) verdreht ist.
Merkmal 38.9
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.8
• wobei die erste Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) nicht gleich der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) ist.
Merkmal 38.10
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.9 • mit einer Teilvorrichtung, d ie ein erstes Substrat (Gsub) aufweisend zumindest einem ersten Schichtbereich (GBI) und einem zweiten Schichtbereich (GB2) und zusätzlich einem dritten Schichtbereich (GB3) umfasst,
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) und der dritte Schichtbereich (GB3) übereinander angeord net sind und eine gemeinsame zweite Grenzfläche (G F2) zwischen dem zweiten Schichtbereich (GB2) und dem d ritten Schichtbereich (GB3) aufweisen und
• wobei der d ritte Schichtbereich (GB3) aus Graphit mit einer dritten Stapelfolge von mindestens 3 Graphen-Schichten besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) auch nur eine Graphen-Schicht oder nur zwei Graphen-Schichten oder mindestens 3 Graphen-Schichten umfassen kann und
• wobei d ie zweite Gesamtstapelfolge mit der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) und der dritten Stapelfolge des dritten Schichtbereichs (GB3) und der zweiten Grenzfläche (GF2) zusammen nicht der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) entspricht.
Merkmal 38.11
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.10
• wobei die zweite Grenzfläche (GF2) eine Orientierung ihrer zweiten Flächennormalen (nF2) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters der Graphen- Schichten des dritten Schichtbereichs (GB3) aufweist und
• wobei d ie zweite Grenzfläche (GF2) eine Orientierung ihrer Flächennormalen (nF2) parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters der Graphen-Schichten des zweiten Schichtbereichs (G B2) aufweist
Merkmal 38.12
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.11
• wobei es sich bei der d ritten Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (GB3) um die Stapelfolge von rhomboedrischen Graphit handelt oder • wobei es sich bei der dritten Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (G B3) um die Stapelfolge von bernalem Graphit handelt.
Merkmal 38.13
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.12
• wobei die erste Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) gleich der dritten Stapelfolge des dritten Schichtbereichs (GB3) ist, d ie d ritte Stapelfolge aber gegenüber der ersten Stapelfolge um einen translatorischen längs der ersten Grenzfläche (GFI) versetzt ist und/oder
• wobei die erste Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) gleich der dritten Stapelfolge des dritten Schichtbereichs (GB3) ist, d ie d ritte Stapelfolge aber gegenüber der ersten Stapelfolge um einen Winkel ungleich null um d ie Flächennormale der ersten Grenzfläche (GFI) verdreht ist.
Merkmal 38.14
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.13
• wobei die zweite Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) gleich der dritten Stapelfolge des dritten Schichtbereichs (GB3) ist, die dritte Stapelfolge aber gegenüber der zweiten Stapelfolge um einen translatorischen längs der zweiten Grenzfläche (GF2) versetzt ist und/oder
• wobei die zweite Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) gleich der dritten Stapelfolge des dritten Schichtbereichs (GB3) ist, die dritte Stapelfolge aber gegenüber der zweiten Stapelfolge um einen Winkel ungleich null um d ie Flächennormale der zweiten Grenzfläche (GF2) verdreht ist.
Merkmal 38.15
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.13 • wobei die dritte Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (GB3) nicht gleich der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) ist.
Merkmal 38.16
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.15
• wobei d ie d ritte Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (G B3) nicht gleich der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) ist.
Merkmal 38.17
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.16
• wobei der erste Schichtbereich (GBI), der in der ersten Stapelfolge (GBI) angeordnet ist, mindestens d rei und/oder mindestens sechs und/oder mindestens 10 und/oder mindestens 20 und/oder mindestens 50 und/oder mindestens 100 Graphen-Schichten umfasst und/oder
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2), der in der zweiten Stapelfolge (GB2) angeordnet ist, mindestens eine Graphen-Schicht und/oder mindestens zwei und/oder d rei und/oder mindestens sechs und/oder mindestens 10 und/oder mindestens 20 und/oder mindestens 50 und/oder mindestens 100 Graphen-Schichten umfasst.
· wobei der dritte Schichtbereich (GB3), der in der dritten Stapelfolge (GB3) angeordnet ist, mindestens d rei und/oder mindestens sechs und/oder mindestens 10 und/oder mindestens 20 und/oder mindestens 50 und/oder mindestens 100 Graphen-Schichten umfasst.
Merkmal 38.18
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.17
• wobei zumindest eine Graphen-Schicht des ersten Substrats (GSUb) durch Fremdatome, insbesondere Sauerstoff-Atome und/oder Wasserstoff-Atome, dotiert ist. Merkmal 38.19
Elektrisches oder optisches oder magnetisches oder elektronisches Bauelement nach einem oder mehreren der Merkmale 38.0 bis 38.18
• wobei zumindest eine Graphen-Schicht des ersten Substrats (GSUb) isotopenrein ist und/oder
• wobei zumindest eine Graphen-Schicht des ersten Substrats (GSUb) eine gegenüber lebendem organischem biologischen Material der Erdoberfläche eine um mindestens 10% besser 50%, besser 100% abweichende Konzentration von C13 Isotopen aufweist.
Merkmal 38.20
Verfahren zum Transport von elektrischen Ladungsträgern durch ein Bauelement entsprechend einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 38.0 bis 38.19
• Bereitstellen des Bauelements entsprechend einem oder mehreren der vorausgehenden Merkmale 38.0 bis 38.19;
• Einspeisen von ersten Ladungsträgern in den supraleitenden Teilbereich und/oder den Grenzbereich (GFB) an einer ersten Stelle und bis auf die quantenmechanische Un- schärfe gleichzeitige Entnahme zweiter Ladungsträger gleicher Polarität wie die ersten Ladungsträger an einer zweiten Stelle, die von der ersten Stelle verschieden ist.
Merkmal 39.0
Elektrische Maschine, die eine rotierende Maschine ein Linearmotor sein kann, gekennzeich- net dadurch,
• dass sie zumindest eine Teilvorrichtung aufweist, die zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist.
Merkmal 39.1
Elektrische Maschine nach Merkmal 39.0, dadurch gekennzeichnet, • dass die supraleitende Teilvorrichtung (GSUb) Teil eines Rotors und/oder eines Läufers (LF) und/oder eines Stators der Maschine ist.
Merkmal 39.2
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis 39.1
• wobei die Teilvorrichtung ein erstes Substrat (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) umfasst,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Grenzbereich (GFB) aufweisen und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit- 2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) besteht und
• wobei der Grenzbereich (GFB) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000103_0001
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (c) des Kristallgitters des ersten Schichtbereichs (GBI) aufweist und
• wobei der Grenzbereich (GFB) eine Orientierung ihrer Flächennormalen
Figure imgf000103_0002
parallel zur hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs (GB2) aufweist und
• wobei zumindest ein Teilbereich des Grenzbereiches (GFB), das Grenzgebiet (GG), supraleitende Eigenschaften aufweist und wobei dieser Teilbereich, das Grenzgebiet (GG), eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, die höher ist als -195°C und/oder höher als - 100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/ oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B.77 K aufweist, die höher ist als IT und/oder 50 T.
Merkmal 39.3
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis 39.2 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrische Supraleiter Kohlenstoff aufweist. Merkmal 39.4
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis
39.3 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrische Supraleiter Kohlenstoff in rhomboed ri- scher Kristallstruktur (Graphit 3R) aufweist.
Merkmal 39.5
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis
39.4 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrische Supraleiter Kohlenstoff in Bernal-Kristall- struktur (Graphit 2H) aufweist.
Merkmal 39.6
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis 39.5
• wobei d ie Teilvorrichtung ein erstes Substrat (GSUb) aufweisend zumindest einem ersten Schichtbereich (GBI) und einem zweiten Schichtbereich (GB2) umfasst,
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) und der zweite Schichtbereich (GB2) übereinander angeord net sind und eine gemeinsame erste Grenzfläche (G FI) zwischen dem ersten Schichtbereich (GBI) und dem zweiten Schichtbereich (GB2) aufweisen und
• wobei der erste Schichtbereich (GBI) aus Graphit mit einer ersten Stapelfolge von mindestens 3 Graphen-Schichten besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) aus Graphit mit einer zweiten Stapelfolge von Graphen-Schichten besteht und
• wobei die Gesamtstapelfolge mit der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) und der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) und der gemeinsamen Grenzfläche (GF) zusammen nicht der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) entspricht
• wobei ein Teilbereich der Gesamtstapelfolge, das Grenzgebiet (GG), supraleitende Eigenschaften mit einer Sprungtemperatur (Tc) aufweist oder eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K aufweist.
Merkmal 39.7 Elektrische Maschine nach Merkmal 39.6
• wobei die Sprungtemperatur (Tc) oder d ie kritische magnetische Flussd ichte (Bk) bei z. B. 77 K von der Gesamtstapelfolge abhängt.
Merkmal 39.8
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der Merkmale 39.6 bis 39.7
• wobei es sich bei der ersten Stapelfolge des ersten Schichtbereichs (GBI) und/oder bei der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) um die Stapelfolge von ber- nalem Graphit oder um die Stapelfolge von rhomboedrischen Graphit handelt.
Merkmal 39.9
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der Merkmale 39.0 bis 39.5
• wobei die Teilvorrichtung ein erstes Substrat (Gsub) aufweisend zumindest einem ersten Schichtbereich (GBI) und einem zweiten Schichtbereich (GB2) und zusätzlich einem dritten Schichtbereich (GB3) umfasst,
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) und der dritte Schichtbereich (GB3) übereinander angeord net sind und eine gemeinsame zweite Grenzfläche (GF2) zwischen dem zweiten Schichtbereich (GB2) und dem d ritten Schichtbereich (GB3) aufweisen und
• wobei der d ritte Schichtbereich (GB3) aus Graphit mit einer d ritten Stapelfolge von mindestens 3 Graphen-Schichten besteht und
• wobei der zweite Schichtbereich (GB2) auch nur eine Graphen-Schicht oder nur zwei Graphen-Schichten oder mindestens 3 Graphen-Schichten umfassen kann und
• wobei d ie zweite Gesamtstapelfolge mit der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) und der dritten Stapelfolge des dritten Schichtbereichs (GB3) und der zweiten Grenzfläche (GF2) zusammen nicht der zweiten Stapelfolge des zweiten Schichtbereichs (GB2) entspricht. Merkmal 39.10
Elektrische Maschine nach Merkmal 39.9
• wobei es sich bei der dritten Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (G B3) um die Stapelfolge von rhomboedrischen Graphit handelt oder • wobei es sich bei der dritten Stapelfolge des d ritten Schichtbereichs (GB3) um die Stapelfolge von bernalem Graphit handelt.
Merkmal 39.11
Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis 39.10
• wobei die Maschine einen Läufer (LF) aufweist und
• wobei die Maschine einen Stator (Subi) aufweist und
• wobei der Stator (Subl) und/oder der Läufer (LF) eine Teilvorrichtung aufweist, die zumindest teilweise aus einem Material gefertigt ist, das ein elektrischer Supraleiter mit einer Sprungtemperatur (Tc) größer als -195°C und/oder höher als -100°C und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K und/oder mit einer kritischen magnetischen Flussdichte (Bk) bei z. B. 77 K höher als IT und/oder 50 T ist und
• wobei der Stator (Subl) und der Läufer (LF) mittels dieser Teilvorrichtung aufeinander eine Kraft ausüben, die magnetischen oder elektrostatischen Ursprungs ist.
Merkmal 39.12
Elektrische Maschine, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale 39.0 bis 39.11
• wobei die Maschine einen Läufer (LF) aufweist und
• wobei die Maschine einen Stator (Subi) aufweist und
• wobei der Läufer (LF) dazu vorgesehen ist,
• mit einer elektromagnetischen Welle außerhalb der elektrischen Maschine in mechanische Wechselwirkung zu treten,
• die in die elektrische Maschine einstrahlt oder von dieser abgestrahlt wird. Glossar
Graphen
Graphit Schicht, Benzol-Ringe etc. Graphen ist die übliche Bezeichnung für eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom im Winkel von 120° von drei weiteren umgeben ist, sodass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet. Graphit ist typischerweise aus Graphen-Schichten in rhomboedrischer oder bernaler Stapelfolge aufgebaut. Graphen-Lage oder Graphen-Schicht
Im Sinne dieser Erfindung weist eine Graphen-Lage zumindest an einer Stelle aus zumindest einem Benzol-Ring, besser der Verkettung von mindestens zwei oder mehr als zwei Benzol- Ringen auf. Zum besseren Verständnis hier ein Auszug aus Wikipedia:„Graphen ist die Bezeichnung für eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der je- des Kohlenstoffatom im Winkel von 120° von drei weiteren umgeben ist, sodass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet. Da Kohlenstoff vierwertig ist, müssen dabei je„Wabe" zwei Doppelbindungen auftreten, die jedoch nicht lokalisiert sind. Es handelt sich um eine Verkettung von Benzolringen, wie sie in aromatischen Verbindungen oft auftritt. Obwohl ein einzelner Benzolring in der Darstellungsweise der Valenzstrichformeln drei Doppelbindungen hat, haben zusammenhängende Benzolringe in dieser Darstellungsweise rein formal nur zwei Doppelbindungen pro Ring. Deshalb lässt sich die Struktur besser beschreiben, indem man die delokalisierten Bindungen als großen Kreis im Benzolring darstellt. Die Bindungsverhältnisse im Graphen sind in der Graphenstruktur beschrieben. Graphen lässt sich als polycycli- scher aromatischer Kohlenwasserstoff beschreiben. Am„Rande" des Wabengitters müssen andere Atomgruppen angedockt sein, die aber - je nach dessen Größe - die Eigenschaften des Graphens kaum verändern. In der Theorie wurden einlagige Kohlenstoffschichten, Gra- phene, zum ersten Mal verwendet, um den Aufbau und die elektronischen Eigenschaften komplexer aus Kohlenstoff bestehender Materialien beschreiben zu können. Unendlich ausgedehnte und überall flache strikt zweidimensionale Strukturen sind allerdings aufgrund ei- nes rigorosen mathematischen Theorems, des Mermin-Wagner-Theorems und seiner Varianten, nicht möglich, da sie nachweislich thermodynamisch instabil sind. Deshalb herrschte bei Chemikern und Physikern allgemeines Erstaunen, als Konstantin Novoselov, Andre Geim und ihre Mitarbeiter2004 die Darstellung freier, einschichtiger Graphenkristalle bekannt gaben. Deren unerwartete Stabilität könnte durch die Existenz metastabiler Zustände oder durch Ausbildung einer unregelmäßigen Welligkeit (engl, crumpling) der Graphenschicht erklärt werden. 2010 wurden Geim und Novoselov für ihre Untersuchungen mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet, nachdem sie nicht nur für die Darstellung dieser Systeme Entscheidendes geleistet hatten, sondern auch viele ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften entdeckt hatten.
Gedanklich lässt sich durch Stapeln solcher einlagiger Schichten die dreidimensionale Struktur des Graphits erzeugen, mit dem Graphen strukturell eng verwandt ist. Stellt man sich die einlagigen Schichten dagegen aufgerollt vor, so erhält man gestreckte Kohlenstoffnanoröh- ren. Ebenfalls gedanklich kann man einige der Sechserringe durch Fünferringe ersetzen, wodurch sich die ebene Fläche zu einer Kugelfläche wölbt und sich bei bestimmten Zahlenverhältnissen Fullerene ergeben: Ersetzt man zum Beispiel 12 von 32 Ringen, entsteht das kleinste Fulleren (C60)."
Zur Graphen-Struktur aus Wikipedia:" Alle Kohlenstoffatome von Graphen sind sp2-hybridi- siert, das heißt, jedes Kohlenstoffatom kann drei gleichwertige σ-Bindungen zu anderen C- Atomen ausbilden. Daraus resultiert eine auch aus den Schichten des Graphits bekannte Waben-Struktur. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungslängen sind alle gleich und betragen 142 pm (142*10 12m). Die dritten, nicht hybridisierten 2p-Orbitale stehen wie auch im Graphit senkrecht zur Graphen-Ebene und bilden ein delokalisiertes π-Bindungssystem aus. Graphen besteht folglich aus zwei äquivalenten Untergittern A und B, denen die Kohlenstoffatome zugeordnet sind (Hinweis: Die hier genannten Untergitter A und B entsprechen nicht den Graphen-Schichten A, B, C der Figuren und der obigen Beschreibung). Die Untergitter sind um die Bindungslänge ab gegeneinander verschoben. Die zweiatomige Einheitszelle wird durch die Gittervektoren ax und a2 aufgespannt. Diese zeigen dabei auf die jeweils übernächsten Nachbarn. Die Länge der Vektoren und damit die Gitterkonstante a lässt sich berechnen zu α = \ά]\ = | 2 | = ö « 2,46Ä = 246pm
Graphen kann einerseits als Einkristall, andererseits als riesiges Molekül verstanden werden. Ebenso können kleinere Moleküle wie z. B. Benzol, Hexabenzocoronen oder Naphthalin als wasserstoffsubstituierte Graphenfragmente gesehen werden." Wenn also in dieser Anmeldung von Graphen-Lagen die Rede ist, sind damit auch Graphen-Segmente und Graphen- Fragmente mit umfasst.
Mikrostrukturtechnik/Mikrotechnik
Die Mikrotechnik (auch Mikrostrukturtechnik) befasst sich mit Verfahren, die zur Herstellung von Körpern und geometrischen Strukturen mit Dimensionen im Mikrometerbereich (0,1- 1000 μιτι) angewandt werden. Strukturgrößen von unter 100 Nanometer werden zwar mit Nanotechnik bezeichnet. Sie werden hier aber im Sinne dieser Offenlegung von den Begriffen Mikrostrukturtechnik und Mikrotechnik mit umfasst. mikroelektronische Schaltkreise
Mikroelektronische Schaltkreise im Sinne dieser Offenlegung sind elektrische Schaltungen und Vorrichtungen, die zumindest teilweise mit Verfahren der Mikrostrukturtechnik/Mikro- technik/Nanotechnik hergestellt wurden. mikromechanische Vorrichtungen
Mikromechanische Vorrichtungen im Sinne dieser Offenlegung sind mechanische Vorrichtungen, die zumindest teilweise mit Verfahren der Mikrostrukturtechnik/Mikrotechnik/Na- notechnik hergestellt wurden. mikrooptische Vorrichtungen Mikrooptische Vorrichtungen im Sinne dieser Offenlegung sind optische Vorrichtungen, die zumindest teilweise mit Verfahren der Mikrostrukturtechnik/Mikrotechnik/Nanotechnik hergestellt wurden. mikrofluidische Vorrichtungen
Mikrofluidische Vorrichtungen im Sinne dieser Offenlegung sind im weitesten Sinne mikromechanische Vorrichtungen, die dem Transport, der Modifikation oder sonstigen Behandlung von zumindest teilweise gasförmigen und/oder zumindest teilweise flüssigen Fluiden dienen und die zumindest teilweise mit Verfahren der Mikrostrukturtechnik/Mikrotech- nik/Nanotechnik hergestellt wurden.
Metamaterial
Ein Metamaterial weist eine Struktur auf, deren die Ausbreitung beschreibenden Parameter für elektrische, magnetische, elektromagnetische Felder und Wellen sowie akustische Wel- len und Plasmawellen von der in der Natur üblichen abweicht. Das wird erreicht durch meist periodische ein-, zwei- und/oder dreidimensionale Strukturen (Zellen, Einzelelemente) aus elektrisch oder magnetisch oder elektromagnetisch oder akustisch wirksamen Materialien in ihrem Inneren. Metamaterialien können einen negativen Realteil des komplexen Brechungsindex haben. Beim Übergang vom Vakuum in solch ein Metamaterial können Wellen über das Lot hinaus in die negative Richtung gebrochen werden. Metamaterialien können a uch Störstellen aufweisen, die zur Wellenleitung benutzt werden können.
Als Material wird zumindest teilweise ein im Sinne dieser Erfindung supraleitendes Material als elektrisch oder magnetisch oder elektromagnetisch oder akustisch wirksames Material eingesetzt.
Als Metamaterial wird in diesem Sinne auch ein granulärer Supraleiter angesehen.
Raumtemperatursupraleiter Ein Raumtemperatursupraleiter ist ein bei Raumtemperatur (20°C) supraleitender elektrischer Leiter, wobei die Supraleitung insbesondere auf einem in der Anmeldung beschriebenen Wege nachgewiesen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Schritt des Bereitstellens eines ersten Substrats (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2);
2 Schritt des Feststellens der Orientierung der Flächennormalen (np) der Graphen- Schichten des Grenzbereichs (GFB) innerhalb des Substrats (Gsub);
3 Schritt des Abdünnens eines„betreffenden" Schichtbereiches (GBI, GB2) und Schaffung einer unteren Grenzfläche (UGF) parallel zu den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB);
4 Schritt des Aufbringens des vorzugsweise abged ünnten Substrats (Gsub) auf d ie Oberfläche (OF) eines Trägers (Subi);
5 Schritt des Befestigens des vorzugsweise abged ünnten Substrats (Gsub) an der Oberfläche (OF) des Trägers (Subi);
6 Schritt des Abdünnens des anderen Schichtbereiches (GBI, GB2), der nicht der betreffende Schichtbereich ist;
7 Schritt des Bereitstellens eines zweiten Substrates (SUB), beispielsweise in Form einer mikroelektronischen Schaltung;
8 Schritt des Strukturierens des ersten Substrats (Gsub);
9 Aufbringen mindestens einer elektrisch leitenden Schicht auf das erste Substrat (Gsub) oder auf das zweite Substrat (SUB), beispielsweise um die Kontakte herzu- stellen;
10 Strukturierung der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht;
11 Schritt des Aufbringens mindestens einer elektrisch isolierenden Schicht auf das erste Substrat (Gsub) oder zweite Substrat (SUB) oder den Träger (Subi) oder auf eine elektrisch, insbesondere normal, leitende Schicht durchzuführen;
12 Schritt des Strukturierens der mindestens einen isolierenden Schicht z.B. zum Öffnen der Kontakte oder von Durchkontaktierungen;
13 Schritt des Bereitstellens (13) der Kontakte zu den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB);
A Graphen-Schicht mit Positionierung A;
B Graphen-Schicht mit Positionierung B; Bi erster magnetischer Fluss;
B2 zweiter magnetischer Fluss;
Bf magnetische Flussd ichte;
BE mikromechanischer Balken (In Figuren 35 und 36 eine freischwebende Platte); Bk kritische magnetische Flussdichte;
c sechszählige Symmetrieachse der hexagonalen Elementarzelle der Graphit 2H
Struktur;
C Graphen-Schicht mit Positionierung C;
Cl erste Kapazität;
C2 zweite Kapazität;
Cg Koppelkapazität;
CM P chemisch-mechanische Polieren;
CPB Cooper-Paar-Box;
CAV Kavität;
d hexagonalen Symmetrieachse (d) des Kristallgitters des zweiten Schichtbereichs
(GB2);
di. Abstand zwischen einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung aus dem vorgeschlagenen Material, die sich induktiv und/oder kapazitiv beeinflussen;
DLC diamond like carbon (diamant-ähnliche Schichten);
El erster Ein- bzw. Auskoppelpunkt;
E2 zweiter Ein- bzw. Auskoppelpunkt;
ELS elektrisch leitende Schicht;
GA erste Graphen-Lage;
G BI erster Teilmenge von Graphen-Schichten bzw. erster Schichtbereich in einer ers- ten Stapelfolge von Graphen-Schichten, bevorzugt aus Graphit mit bernaler-Kris- tallstruktur (Graphit-2H), weniger bevorzugt aus Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohed ral, Graphit-3R) mit mindestens 3 Atom-Lagen (Graphen-Lagen) mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage. Der erste Schichtbereich wird auch nur kurz als erste Schicht bezeichnet; GB2 zweiter Teilmenge von Graphen-Schichten bzw. zweiter Schichtbereich in einer zweiten Stapelfolge von Graphen-Schichten, bevorzugt aus Graphit mit rhombo- edrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) weniger bevorzugt aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) mit mindestens einer Atom- Lage (Graphen-Lagen) mit einer jeweiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-
Lage. Der zweite Schichtbereich wird auch nur kurz als zweite Schicht bezeichnet;
GB3 dritte Teilmenge von Graphen-Schichten bzw. dritter Schichtbereich in einer dritten Stapelfolge von Graphen-Schichten, bevorzugt aus Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) mit mindestens 3 Atom-Lagen (Graphen-Lagen) mit einer je- weiligen Dicke von genau einem Atom je Atom-Lage. Der dritte Schichtbereich wird auch nur kurz als dritte Schicht bezeichnet;
GFB Grenzbereich aus einer oder mehreren Graphen-Schichten im allgemeineren Sinne;
GFBI erster Grenzbereich aus einer oder mehreren Graphen-Schichten im allgemeine- ren Sinne;
GFB2 zweiter Grenzbereich aus einer oder mehreren Graphen-Schichten im allgemeineren Sinne;
GF Grenzgebiet und im speziellen Grenzfläche zwischen dem ersten Schichtbereich
(GBI) und dem zweiten Schichtbereich (GB2);
GFI erstes Grenzgebiet und im speziellen erste Grenzfläche zwischen dem ersten
Schichtbereich (GBI) und dem zweiten Schichtbereich (GB2);
GF2 zweites Grenzgebiet und im speziellen zweite Grenzfläche zwischen dem zweiten
Schichtbereich (GB2) und dem dritten Schichtbereich (GB3);
GG das supraleitende Grenzgebiet (GG) innerhalb des Grenzbereiches (GFB);
GL Kleber zum Verbinden des supraleitenden Schichtpakets mit dem Träger (Subi); GND1 erste Massefläche;
GND2 zweite Massefläche;
Gs Graphit-Substrat;
Gsub Substrat (Gsub) aufweisend zumindest zwei Schichtbereichen (GBI, GB2) und zumin- dest einer Grenzfläche (GF bzw. GFI); HL Hall- Struktur. Es handelt sich hier um eine beispielhafte Hall-Struktur im Querschnitt;
le- Elektronenstrom;
lp+ Löcherstrom;
IS elektrisch isolierenden Schicht;
K Kontakt;
Kl erster Kontakt;
K2 zweiter Kontakt;
K3 dritter Kontakt
K4 vierter Kontakt
KD1 erste Kontaktdotierung;
KD2 zweite Kontaktdotierung;
LI erste Leiterbahn. Die erste Leiterbahn wird vorzugsweise mittels fotolithografi- scher Ätzverfahren aus einer ersten Metallisierungsschicht im Laufe des Herstellungsprozesses herausgearbeitet. Die erste Metallisierungsschicht wird auf der ersten Isolatorschicht (0X1) aufgebracht. Im Bereich der Kontakte (Kl, K2) wird die erste Metallisierung direkt auf das Halbleitersubstrat des Trägers (Subi) aufgebracht;
L2 zweite Leiterbahn. Die zweite Leiterbahn wird vorzugsweise mittels fotolithografi- scher Ätzverfahren aus einer ersten Metallisierungsschicht im Laufe des Herstellungsprozesses herausgearbeitet. Die erste Metallisierungsschicht wird auf der ersten Isolatorschicht (0X1) aufgebracht. Im Bereich der Kontakte (Kl, K2) wird d ie erste Metallisierung direkt auf das Halbleitersubstrat des Trägers (Subi) aufgebracht;
L3 dritte Leiterbahn. Die dritte Leiterbahn wird vorzugsweise mittels fotolithografi- scher Ätzverfahren aus einer zweiten Metallisierungsschicht im Laufe des Herstellungsprozesses herausgearbeitet. Die zweite Metallisierungsschicht wird auf der zweiten Isolatorschicht (0X2) aufgebracht. Im Bereich der Kontakte (Kl, K2) wird bevorzugt, aber nicht notwendigerweise die zweite Metallisierung direkt auf die erste Metallisierung aufgebracht; LF mikromechanischer Läufer (LF) der vorgeschlagenen mikromechanischen Maschine;
Lil erste Induktivität;
Li2 zweite Induktivität;
M Metallisierung;
MFM Magnetic Force Microscope;
ML Mitte nleiter;
MTSi,j,k Metamaterialteilstruktur in der i-ten Spalte und j-ten Zeile und k-ten Schicht des dreidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi,j Metamaterialteilstruktur in der i-ten Spalte und j-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi+i,j Metamaterialteilstruktur in der (i+l)-ten Spalte und j-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi-i,j Metamaterialteilstruktur in der (i-l)-ten Spalte und j-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi+i,j+i Metamaterialteilstruktur in der (i+l)-ten Spalte und (j+l)-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi-i,j+iMetamaterialteilstruktur in der (i-l)-ten Spalte und (j+l)-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi+i,j-iMetamaterialteilstruktur in der (i+l)-ten Spalte und (j-l)-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi-i,j-i Metamaterialteilstruktur in der (i-l)-ten Spalte und (j-l)-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi,j+i Metamaterialteilstruktur in der i-ten Spalte und (j+l)-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
MTSi,j-i Metamaterialteilstruktur in der i-ten Spalte und (j-l)-ten Zeile des zweidimensionalen beispielhaften Metamaterials;
Nl erster Knoten;
N2 zweiter Knoten;
N3 dritter Knoten; riF Flächennormale der Oberfläche (OF);
nFi erste Flächennormale der ersten Grenzfläche (G FI);
nF2 zweite Flächennormale der zweiten Grenzfläche (G F2);
NMR nuclear magnetic resonance;
OF Oberfläche des Trägers (Subi);
OA optisch aktive Schicht, (z.B. Schicht, die einen elektrooptischen Effekt, beispielsweise den Kerr-Effekt zeigt.);
OF Oberfläche des Trägers (Subi). Sofern ein Hall-Element realisiert werden soll, ist es bevorzugt, wenn der Träger aus halbleitendem Material gefertigt ist. Der Träger kann auch eine integrierte Schaltung umfassen;
OGF obere Grenzfläche (OGF) des Substrats (GSUb) parallel zu den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (G FB) nach dem bevorzugten Abdünnen;
OX Isolator, typischerweise S1O2 oder Silizium Nitrit oder Silizium Nitrid. Andere Isolatoren, wie z.B. Polyimid sind denkbar;
0X1 erste Isolatorschicht, typischerweise S1O2 oder Silizium Nitrit oder Silizium Nitrid.
Andere Isolatoren, wie z.B. Polyimid sind denkbar. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Gate-Oxids als erste Isolatorschicht;
0X2 zweite Isolatorschicht, typischerweise S1O2 oder Silizium Nitrit oder Silizium Nitrid.
Andere Isolatoren, wie z.B. Polyimid sind denkbar.;
OX3 dritte Isolatorschicht, typischerweise S1O2 oder Silizium Nitrit oder Silizium Nitrid.
Andere Isolatoren, wie z.B. Polyimid sind denkbar;
PLY polykristalline Siliziumschicht. In dem Beispiel der Figur 17 muss die polykristalline Siliziumschicht von ihrem Material her so gewählt werden, dass sie selektiv gegenüber der zweiten Isolatorschicht (OX2) und der dritten Isolatorschicht (0X3) ätzbar ist;
51 erste Feder;
52 zweite Feder;
SC Raumladungszone mit erhöhter Elektronendichte (gestrichelt gezeichnet);
Subi Träger; SUB zweites Substrat, das beispielsweise eine mikroelektronische Schaltung sein kann.
Das zweite Substrat (SUB) kann mit dem Träger (Subi) identisch sein;
T Temperatur;
Ta Arbeitstemperatur;
Tc Sprungtemperatur;
TSV Through Silicon-Via;
TUi erste eine Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle, typischerweise ein Josephson Junction;
TU2 zweite eine Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle, typischerweise ein Josephson Junction;
TUi,i,j linke Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Leiter (Wy) der Metamaterialteilstruktur (MTSy) in der i- ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials und dem Leiter (WYi,j) der Metamaterialteilstruktur (MTSi-i,j) in der (i-l)-ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials, typischerweise ein Josephson Junction;
TUi,i,j-i linke Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Leiter (Wy-i) der Metamaterialteilstruktur (MTSi,j-i) in der i- ten Spalte und der (j-l)-ten Zeile des Metamaterials und dem Leiter (Wy) der Metamaterialteilstruktur (MTSi,j) in der i-ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials, typischerweise ein Josephson Junction;
TU0,i,j obere Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Leiter (Wy) der Metamaterialteilstruktur (MTSy) in der i- ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials und dem Leiter (Wi,j-i) der Metamaterialteilstruktur (MTSi,j-i) in der i-ten Spalte und der (j-l)-ten Zeile des Metamaterials, typischerweise ein Josephson Junction;
TU0,i+i,j obere Phasenverschiebung einführenden Schwachstelle zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Leiter (Wi+i,j) der Metamaterialteilstruktur (MTSi+i,j) in der (i+l)-ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials und dem Leiter (Wi,j) der Metamaterialteilstruktur (MTSy) in der i-ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials, typischerweise ein Josephson Junction; UGF durch Abd ünnen geschaffene untere Grenzfläche des Substrats (Gsub) parallel zu den Graphen-Schichten des Grenzbereichs (GFB);
vg Steuerspannung;
Vg Steuerspannungsquelle;
W Leiter aus dem beschriebenen Graphen-Schicht-Paket;
Wl erster Zweig des Leiters (W);
Wla erster Leitungsabschnitt des ersten Zweigs des Leiters (W);
Wlb zweiter Leitungsabschnitt des ersten Zweigs des Leiters (W);
Wie dritter Leitungsabschnitt des ersten Zweigs des Leiters (W);
W2 zweiter Zweig des Leiters (W);
W2a erster Leitungsabschnitt des zweiten Zweigs (W2) des Leiters (W);
W2b zweiter Leitungsabschnitt des zweiten Zweigs (W2) des Leiters (W);
Wi,j Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSy) in der i-ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials;
Wi+i,j Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSi+i,j) in der (i+l)-ten Spalte und der j-ten Zeile des Metamaterials;
Wi-i,j Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSi-i,j) in der (i-l)-ten Spalte und der j-ten
Zeile des Metamaterials;
Wi+i,j+i Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSi+i,j+i) in der (i+l)-ten Spalte und der (j+1)- ten Zeile des Metamaterials;
WYi,j+i Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSi-i,j+i) in der (i-l)-ten Spalte und der (j+1)- ten Zeile des Metamaterials;
Wi+i,j-i Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSi+i,j-i) in der (i+l)-ten Spalte und der (j-1)- ten Zeile des Metamaterials;
Wi-i,j-i Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSi-i,j-i) in der (i-l)-ten Spalte und der (j-1)- ten Zeile des Metamaterials;
Wi,j+i Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSy+i) in der i-ten Spalte und der (j+l)-ten
Zeile des Metamaterials;
Wi,j-i Leiter der Metamaterialteilstruktur (MTSy-i) in der i-ten Spalte und der (j-l)-ten Zeile des Metamaterials.

Claims

Ansprüche
1. Bauelement für elektrische und/oder optische und/oder magnetische und/oder elektronische und/oder elektromagnetische Anwendungen
- mit einem Substrat (GSUb) aufweisend zumindest zwei Schichten (GBI,
Figure imgf000120_0001
• wobei die erste Schicht (GBI) und die zweite Schicht (GB2) aneinan- der angrenzend angeordnet sind und einen gemeinsamen, sich von der ersten Schicht (GBI) ZU der zweiten Schicht (GB2) erstreckenden Grenzbereich (GG) aufweisen, und
• wobei die erste Schicht (GBI) Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) aufweist und
• wobei d ie zweite Schicht (GB2) Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) aufweist und
- wobei der Grenzbereich (GFB) mindestens ein Grenzgebiet (GG) aufweist
- wobei das Grenzgebiet (GG)supraleitende Eigenschaften aufweist, und zwar
• bei einer Stromd ichte von 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von O Tesla eine Sprungtemperatur (Tc)aufweist, die höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/ oder höher als - 50°C und/ oder höher als 360 K ist, und/oder
• bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur z. B. von 77 K und einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) aufweist, d ie höher als 1 T und/oder 5 T und/oder 10 T und/oder 20 T und/oder 30 T und/oder 40 T und/oder 50 T ist, und
- wobei das supraleitende Grenzgebiet (GG) an ein elektrisches und/oder magnetisches und/oder elektromagnetisches Signal mit einer Frequenz größer oder gleich 0 Hertz gekoppelt ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, - dass das Substrat (GSUb) mehrere erste Schichten (GBI) und/oder mehrere zweite Schichten (GB2) aufweist und
- dass das Substrat mehrere Grenzbereiche (GFB) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch,
- dass eine erste Schicht (GBI) im Wesentlichen parallel zu einer benachbarten zweiten Schicht (GB2) verläuft und/oder
- dass d ie Basisvektoren der Graphen-Schichten der ersten Schicht (GBI) gegenüber den Basisvektoren der Graphen-Schichten der zweiten Schicht (GB2) um die Flächennormale der Graphen-Schichten verdreht sind .
Bauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch
- einen ohmschen Kontakt, der elektrisch mit dem supraleitenden Grenz gebiet (GG) verbunden ist und/oder
- eine Spule, d ie induktiv mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt ist und/oder
- eine Elektrode, die kapazitiv mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt ist und/oder
- ein optisches Element, das elektromagnetisch mit dem supraleitenden
Grenzgebiet (GG) gekoppelt ist.
5. Bauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch,
- dass es mindestens einen Leiter (W, Wla, Wlb, Wie, W2a, W2b) mit einem supraleitenden Grenzgebiet (GG) aufweist,
- wobei in den mindestens einen Leiter (W, Wla, Wlb, Wie, W2a, W2b) zumindest eine erste Phasendifferenz-einführende Schwachstelle (TUi, TU2) eingefügt ist.
6. Bauelement nach Anspruch 5 gekennzeichnet dadurch,
- dass der Leiter (W) in einen ersten Leiterzweig (Wla, Wlb) und einen zweiten Leiterzweig (W2a, W2b) aufgeteilt ist und
- dass der erste Leiterzweig (Wla, Wlb) und der zweite Leiterzweig (W2a, W2b), zumindest teilweise einen Bereich mit einer Öffnung (Ol) zwischen den Leiterzweigen bilden.
7. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements für elektrische und/oder optische und/oder magnetische und/oder elektronische und/oder elektromagnetische Anwendungen,
u m f a s s e n d d i e S c h r i t t e
- Bereitstellen (1) eines ersten Substrats (GSUb)
- wobei das erste Substrat (GSUb) zumindest zwei Schichten (GBI, GB2) um- fasst,
• wobei die erste Schicht (GBI) und die zweite Schicht (GB2) aneinan- der angrenzend angeordnet sind und einen gemeinsamen, sich von der ersten Schicht (GBI) ZU der zweiten Schicht (GB2) erstreckenden Grenzbereich (GG) aufweisen, und
• wobei die erste Schicht (GBI) Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) aufweist und
• wobei d ie zweite Schicht (GB2) Graphit mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) aufweist und
- wobei der Grenzbereich (GFB) mindestens ein Grenzgebiet (GG) aufweist
- wobei das Grenzgebiet (GG) supraleitende Eigenschaften aufweist, und zwar
• bei einer Stromd ichte von 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von 0 Tesla eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, d ie höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/ oder und/oder höher als -50°C und/ oder höher als 360 K ist, und/oder • bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur z. B. von 77 K und einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) aufweist, d ie höher als 1 T und/oder 5 T und/oder 10 T und/oder 20 T und/oder 30 T und/oder 40 T und/oder 50 T ist, und
- Strukturieren (8) des Substrats (GSUb);
- Bereitstellen (13)
• eines ohmschen Kontakts, der elektrisch mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) verbunden wird und/oder
• einer Spule, die ind uktiv mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt wird und/oder
• einer Elektrode, die kapazitiv mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt wird und/oder
• eines optischen Elements, das elektromagnetisch mit dem supraleitenden Grenzgebiet (GG) gekoppelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 gekennzeichnet dadurch,
- dass das Strukturieren (8) des Substrats (GSUb) durch nass-chemische Ätzung und/oder Ionen- oder Teilchenstrahlätzung und/oder Focussed- lon-Beam und/oder Plasmaätzung und/oder elektrochemische Ätzung und/oder spanende Formgebung und/oder Pressung und/oder Sinterung und/oder Funkenerosion und/oder Amorphisierung erfolgt
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch
- dass das Substrat (GSUb) bereitgestellt wird, durch
• Untersuchen von natürlichem oder künstlich hergestelltem Graphit auf die Existenz eines Grenzbereiches (GFB) zwischen einer ersten Schicht (GBI) mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit-2H) und einer zweiten Schicht (GB2) mit rhomboedrischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R); • Prüfen, ob der Grenzbereich (GFB) ein supraleitendes Grenzgebiet (GG) aufweist
• Verwenden eines Substrats (GSUb) mit einem Grenzbereiche (GFB) mit einem supraleitenden Grenzgebiet (GG).
10. Verfahren nach Anspruch 9 gekennzeichnet dadurch,
- dass das Prüfen auf Supraleitung durch Vermessen des Substrats (GSUb) mit einer M FM zur Lokalisierung eines Linienstromes erfolgt.
11. Verwendung eines Substrats (GSUb) aufweisend
- zumindest zwei Schichten (GBI, GB2),
- wobei die erste Schicht (GBI) und d ie zweite Schicht (GB2) aneinander angrenzend angeordnet sind und einen gemeinsamen, sich von der ersten Schicht (GBI) ZU der zweiten Schicht (GB2) erstreckenden Grenzbereich (GG) aufweisen, und
- wobei die erste Schicht (GBI) Graphit mit Bernal-Kristallstruktur (Graphit- 2H) aufweist und
- wobei die zweite Schicht (GB2) Graphit mit rhomboed rischer Kristallstruktur (englisch rhombohedral, Graphit-3R) aufweist und
- wobei der Grenzbereich (GFB) mindestens ein Grenzgebiet (GG) aufweist
- wobei das Grenzgebiet (GG) supraleitende Eigenschaften aufweist, und zwar
• bei einer Stromd ichte von 0 Ampere/m2 und einer magnetischen Flussdichte von 0 Tesla eine Sprungtemperatur (Tc) aufweist, d ie höher als -195°C und/oder höher als -100°C und/ oder höher als - 50°C und/ oder höher als 360 K ist, und/oder
• bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur z. B. von 77 K und einer Stromdichte von 0 Ampere/m2 eine kritische magnetische Flussdichte (Bk) aufweist, d ie höher als 1 T und/oder 5 T und/oder 10 T und/oder 20 T und/oder 30 T und/oder 40 T und/oder 50 T ist, und
- wobei das supraleitende Grenzgebiet (GG) an ein elektrisches und/oder magnetisches und/oder elektromagnetisches Signal mit einer Frequenz größer oder gleich 0 Hertz gekoppelt ist,
für ein Bauelement für elektrische und/oder optische und/oder magnetische und/oder elektronische und/oder elektromagnetische Anwendungen.
PCT/EP2018/058899 2017-04-07 2018-04-06 Graphit-supraleiter und dessen anwendung WO2018185306A1 (de)

Priority Applications (2)

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