用于导引电荷载流子的装置及其用途制造方法及图纸

提出了一种用于导引电荷载流子的装置(1)和该装置的用途，其中利用磁场(F)在二维电子气中、在薄超导层中或在具有六边形晶体结构的碳的变体中沿着弯曲或成角度的主路径(3)导引所述电荷载流子，从而在电连接件(4、5)处产生不同的存在密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于导引电荷载流子的装置及其用途
如权利要求1或12的前序部分所述，本专利技术涉及一种用于导引载流子的装置，其中每个载流子具有电荷和/或磁矩，所述载流子尤其是电荷载流子，尤其优选是电子；本专利技术还涉及该装置的一种用途。
技术介绍
对于现实世界中的有粒子群或粒子系集(例如气团中的气体分子、固体中的电子等)正在其中运动的绝大多数物体而言，这些粒子服从所谓的遍历定理。这意味着，从理论上讲，在观察足够长的时间时，粒子会以相同的频率到达这个系统的相空间(空间和动量坐标)中的每个可能点。热力学定律(尤其是第一和第二定律)适用于这样的系统。非遍历系统大多数仅在理论上为人所知。例如，对于具有理想平行壁和无摩擦滚动球的台球桌来说，如果球被从球桌的中心精确地垂直于其中一个边壁击出，并且理想地垂直于壁面从边壁反射，那么该台球桌代表这样的一种非遍历系统。在这种情况下，球总是仅在两个理想的平行壁之间的连线上来回滚动，而不会到达台球桌的其它区域。在引用的例子中，非遍历系统出现的条件是相当苛刻的，也就是说：边壁的形状必须是理想平行的，粒子(球)的路径的形状必须理想地平直，从壁的反射必须理想地垂直，运动的初始方向必须理想地垂直于壁，并且在不与边壁接触时，在路径上必须没有变化。这样的条件在实际中很少能达到。本专利技术涉及这种非遍历系统，并指出了其可能的实现和应用。DE3903919A1公开了一种用于在固体中导引电子的装置和方法，其中将半导体薄层施加到电绝缘体的球形曲面上。利用磁场使层中的电子路径的曲率半径达到与层的曲率半径相同或相似的数量级。在弯曲层上的两个间隔开的点之间形成电势差。半导体层的尺寸(尤其是厚度)必须处于电子在半导体层中的平均自由路径长度的数量级，而在均匀半导体层中电子的平均自由路径长度非常小，这使得实施起来很困难。Chuan-KuiWang等人在1995年1月1日出版的《半导体科学与技术》的第1131-1138页上发表的文章“具有多重双弯曲不连续性的弹道量子通道中的量子束缚态”和1995年1月1日出版的第77卷第6期《应用物理学杂志》第2564-2571页上发表的文章“双弯曲量子通道中的量子束缚态”中论述了在没有外场影响和不检查方向相关电导率的情况下具有相反双弯曲不连续性的窄通道中的电子气的量子态。此外，通道宽度必须基本上小于电子的德布罗意波长，才能实现所期望的量子力学行为。WO2016/113141A1公开了一种用于导引载流子的装置，其中每个载流子具有电荷或磁矩，所述载流子尤其是电荷载流子，优选是电子。该装置包括用于在具有弯曲或成角度的主路径的运动区域中可移动地导引载流子的导引装置、以及用于产生至少基本上沿着主路径导引载流子的场的场产生装置，该场产生装置尤其使得可在电连接件处分接出电压或电功率和/或使得载流子在电连接件处具有不同的概率密度/存在密度。所述导引装置具有或形成二维电子气或薄超导层，以形成运动区域。所述导引装置和/或运动区域和/或主路径至少基本上位于一个平面内或沿着一个封闭表面延伸，并且在这个平面或表面内是弯曲的和/或成角度的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于导引载流子的装置，其中每个载流子具有电荷和/或磁矩，所述载流子尤其是电荷载流子，尤其优选是电子；本专利技术还提供这种装置的一种用途，以实现简单的结构和简单的制造，并指出了各种可能的应用。上述目的通过如权利要求1或12所述的装置或通过使用如权利要求28至32中任一项所述的装置实现的。本专利技术的有利实施例是从属权利要求的主题。所述装置优选具有导引装置，该导引装置具有或形成二维电子气、薄超导层、或由对于载流子表现出足够大的平均自由路径长度以形成运动载流子的运动区域的任何其它材料形成。对于载流子(尤其是电子)，具有较大或足够大的平均自由路径长度的材料的其它例子有具有六方晶体结构的碳的变体或同素异形体(优选是二维型的)，例如石墨烯或纳米管、由除了碳原子之外的原子形成的纳米管、以及所谓的“二维材料”或能够形成范德华异质结构的材料(也称为范德华材料)，尤其是由一个或多个单原子层形成的材料。大平均自由路径长度使得能够以非常简单的方式实现所需的运动区域。运动区域的宽度及其曲率半径尤其处于平均自由路径长度的数量级，但是仍然大于运动区域中的载流子或电子的德布罗意波长。这种尺寸对于产生所期望的载流子非遍历系统特别有利。载流子在导引装置和运动区域中的平均运动速度还取决于热能。运动区域形成或界定弯曲或成角度的载流子主路径。使用场产生装置，可产生用于至少基本上沿着主路径导引载流子的场，尤其是磁场。相应地，载流子能够至少基本上自由地运动，即，在至少基本上沿着主路径或平行于主路径的方向上几乎完全避免或最大限度地减少碰撞。但是，在相反方向上，载流子尤其向运动区域的侧面方向偏转。因此，在相反方向上，在界面处有大量的碰撞和反射。此外，尤其是，由于至少部分地非严格镜面的、不按照正弦角度分布散射或尤其是漫散射的壁面碰撞的发生，导致载流子分布不均，并由此导致载流子在主路径的起始和终止区域中或沿着主路径有不同的存在概率或概率密度/存在密度。尤其是，根据所述方案，在不同方向上产生不同的电导率，其中沿着主路径(“循着”场的方向)的电导率优选大于在相反方向上的电导率。考虑忽略碰撞的作用场，所述主路径尤其至少基本上是运动区域的主延伸方向和/或在理想情况下载流子沿着运动区域的方向运动所遵循的运动路径。因此，主路径尤其位于运动区域的主平面内并且在运动区域之内，优选至少基本上沿着运动区域的弯曲(偏转)中心线。每个载流子优选携带电荷，尤其是电子，或者是所谓的空穴或电子空穴。因此，可利用沿着主路径适当布置的电连接件根据载流子的不同存在概率或概率密度/存在密度来分接电压、电流和/或电功率。这已经被实验所证实。从原则上说，载流子还可分别具有磁矩并与电场和/或磁场相互作用。根据本专利技术的一个方面，所述导引装置具有对于载流子表现出足够大的平均自由路径长度以形成运动区域的材料，尤其是一层或多层石墨烯和/或一层或多层碳纳米管，或者由这种材料形成。这些材料有利于所述装置的低成本制造，并为载流子提供大平均自由路径长度。根据本专利技术的另一个方面(该方面也可独立地实施)，所述导引装置具有一层或多层范德华异质结构或由这种结构形成，以形成运动区域。优选所述运动区域包括元素周期表的第四主族元素的变体(尤其是二维型的)，尤其是具有六边形晶体结构的第四主族元素的变体，或者由这种元素的变体形成。这些材料有利于所述装置的低成本制造，并为载流子提供大平均自由路径长度。根据本专利技术的另一个方面(该方面也可独立地实施)，所述导引装置具有纳米管或者由这种纳米管形成，以形成运动区域。所述纳米管优选由元素周期表的第四主族或碳族元素形成，尤其是锡、硅或锗。但是，也可使用由其它元素或化合物形成的纳米管。纳米管有利于所述装置的低成本制造，并为载流子提供大平均自由路径长度。根据另一个方面(该方面也可独立地实施)，所述导引装置具有在材料主体中对于载流子表现出大平均自由路径长度并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于导引载流子(2)的装置(1)，其中每个载流子具有电荷和/或磁矩，所述载流子尤其是电荷载流子，优选是电子，/n具有用于在尤其是至少基本上为层状的运动区域(B)内可移动地导引载流子(2)的导引装置(3)，所述运动区域(B)具有用于载流子(2)的弯曲或成角度的主路径(H)，/n具有沿着主路径(H)布置的电连接件(4、5)，并且/n具有用于产生场(F)的场产生装置(10)，所述场用于至少基本上沿着主路径(H)导引载流子(2)，尤其是使得可在电连接件(4、5)处分接出电压或电功率和/或使得载流子(2)在电连接件(4、5)处具有不同的概率密度/存在密度，/n其特征在于：/n所述导引装置(3)包括具有六边形晶体结构的碳的变体或由具有六边形晶体结构的碳的变体形成，以形成运动区域(B)，和/或/n所述导引装置(3)具有一层或多层范德华异质结构或由一层或多层范德华异质结构形成，以形成运动区域(B)，和/或/n所述导引装置(3)具有纳米管或由纳米管形成，以形成运动区域(B)，和/或/n所述导引装置(3)具有在材料主体中表现出对于载流子(2)的大平均自由路径长度并在边界和/或材料主体中表现出至少部分的非弹性碰撞或散射的材料或由这样的材料形成。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180119 EP 18152514.8;20181031 EP 18000852.61.用于导引载流子(2)的装置(1)，其中每个载流子具有电荷和/或磁矩，所述载流子尤其是电荷载流子，优选是电子，
具有用于在尤其是至少基本上为层状的运动区域(B)内可移动地导引载流子(2)的导引装置(3)，所述运动区域(B)具有用于载流子(2)的弯曲或成角度的主路径(H)，
具有沿着主路径(H)布置的电连接件(4、5)，并且
具有用于产生场(F)的场产生装置(10)，所述场用于至少基本上沿着主路径(H)导引载流子(2)，尤其是使得可在电连接件(4、5)处分接出电压或电功率和/或使得载流子(2)在电连接件(4、5)处具有不同的概率密度/存在密度，
其特征在于：
所述导引装置(3)包括具有六边形晶体结构的碳的变体或由具有六边形晶体结构的碳的变体形成，以形成运动区域(B)，和/或
所述导引装置(3)具有一层或多层范德华异质结构或由一层或多层范德华异质结构形成，以形成运动区域(B)，和/或
所述导引装置(3)具有纳米管或由纳米管形成，以形成运动区域(B)，和/或
所述导引装置(3)具有在材料主体中表现出对于载流子(2)的大平均自由路径长度并在边界和/或材料主体中表现出至少部分的非弹性碰撞或散射的材料或由这样的材料形成。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导引装置(3)具有元素周期表中第四主族元素的具有六方晶体结构的优选是二维的变体或由这种变体形成，以形成运动区域(B)。


3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述纳米管由元素周期表中第四主族的元素形成。


4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导引装置(3)具有一个或多个石墨烯带或石墨烯层，或者由这种石墨烯带或石墨烯层形成，以形成所述运动区域(B)。


5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述导引装置(3)具有一个或多个成形为涡旋状或螺旋状的石墨烯带或层，或者由这种石墨烯带或层形成，以形成所述运动区域(B)。


6.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述导引装置(3)具有一个或多个碳纳米管，或由这种碳纳米管形成，以形成所述运动区域(B)。


7.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述导引装置(3)具有一个或多个成形为涡旋状或螺旋状的碳纳米管，或由这种碳纳米管形成，以形成所述运动区域(B)。


8.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括多个导引装置(3)，所述导引装置(3)具有一个或多个成形为涡旋状或螺旋状的石墨烯带或层，或由这种石墨烯带或层形成，以形成所述运动区域(B)。


9.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括多个导引装置(3)，所述导引装置(3)具有一个或多个成形为涡旋状或螺旋状的碳纳米管，或由这种碳纳米管形成，以形成所述运动区域(B)。


10.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括多个导引装置(3)和/或主路径(H)，所述导引装置和/或主路径沿着公共轴线(C)螺旋状地彼此叠置。


11.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括位于公共平面内的多个导引装置(3)，所述导引装置(3)串联和/或并联连接。


12.用于导引载流子(2)的装置(1)，其中每个载流子(2)具有电荷和/或磁矩，所述载流子尤其是电荷载流子，优选是电子，该装置优选如前述权利要求之一所述，具有导引装置(3)，该导引装置用于在具有用于载流子(2)的弯曲或成角度的主路径(H)的尤其至少基本上是层状的运动区域(B)中可移动地导引载流子(2)，
具有沿着主路径(H)布置的电连接件(4、5)，并且
具有用于产生场(F)的场产生装置(10)，所述场用于至少基本上沿着主路径(H)导引载流子(2)，尤其是使得可在电连接件(4、5)处分接出电压或电功率和/或使得载流子(2)在电连接件(4、5)处具有不同的概率密度/存在密度，
优选其中所述导引装置(3)具有或形成二维电子气或薄超导层(11)，以形成运动区域(B)，
其特征在于：
所述装置(1)包括多个导引装置(3)和/或主路径(H)，所述导引装置和/或主路径沿着公共轴线(C)螺旋状地彼此叠置，和/或
所述装置(1)包括位于公共平面内的多个导引装置(3)，所述导引装置(3)串联和/或并联连接，和/或
所述装置(1)包括通过带状连接装置(14)串联和/或并联的多个导引装置(3)和/或主路径(H)，其中所述导引装置(3)和/或所述主路径(H)以与所连接的连接装置(14)的纵向延伸部分成锐角或平行的方式直接通向连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔穆特惠得利，
申请(专利权)人：赫尔穆特惠得利，
类型：发明
国别省市：德国;DE