状态可改变装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种状态可改变装置，并且更具体地涉及一种示出诸如用于限定逻辑状态的等离子激励的电光激励的装置。具体地，采用能够通过电荷转移选择性地彼此耦合的纳米级对象。本公开还涉及基于所述状态可改变装置的实施例的存储器装置和切换装置。进一步地，提供一种用于存储存储器状态的方法。
【背景技术】
[0002]在现代电信和电子器件中，基于半导体的和基于光子的电路被用于实现具有高带宽和高速处理能力的高度集成的微型尺寸组件。然而，基于半导体CMOS的电子器件面临基本的能量和规模限制。根据的国际半导体技术路线图(ITRS)，目标为在2015年实现形成集成电路芯片的22nm结构。当前，例如基于硅光子波导的光子组件当前使用65nm技术。然而，光子构思在根本上受到使用的波长(例如目前用于Si光子学的1550nm)限制。更小的尺寸通常导致具有相当大的带宽减少的失败的模式。为了受益于大带宽和高速度，因此非常期望低于由所采用的波长给定的衍射限制的光子学构思的微型化。
[0003]传统上，由光子携带的信息需要被变换为电信号用于进一步处理、路由或操纵。这是因为没有质量和电荷的光子并不(强烈地)相互作用。从光信道到电子信号的所述变换需要大量能量。该额外的步骤减少可能的带宽、处理和通信速度。传统上，使用微型化的固态激光器、光子波导和光电检测器。期望提供潜在地免除这种固态激光器和光电检测器的信息或信号处理部件。还期望实现用于诸如切换或路由的光操纵和逻辑操作的亚波长装置。
【发明内容】
[0004]本公开的一方面是提供包括粒子的改进的状态可改变结构，所述粒子允许基于电光激励的亚波长尺寸上的受控的光-物质相互作用，所述电光激励例如为等离子现象。其它方面涉及使用选择的等离子状态来切换和存储信息的改进的结构和装置。
[0005]相应地，状态可改变装置的实施例包括:
[0006]至少第一和第二粒子；
[0007]在所述第一和第二粒子之间的耦合材料；
[0008]其中:
[0009]所述第一和第二粒子被适配为提供电荷载流子分布，使得表面等离子极化激元(polariton) (SPP)出现；
[0010]所述耦合材料被适配为响应于触发信号展现可变的传导性，以改变所述第一和第二粒子之间的电光耦合；
[0011 ]所述第一和第二粒子被布置为彼此邻近，使得第一 SPP配置对应于所述第一和第二粒子之间的第一电光耦合，具体地电容性耦合，并且第二 SPP配置对应于所述第一和第二粒子之间的第二电光耦合，具体地传导性耦合。
[0012]所述第一和第二电光親合的强度可以彼此不同。例如所述第一親合可以包括电容性耦合，并且所述第二耦合可以允许电荷载流子转移。
[0013]本发明的实施例可以具有下列优点:在所述状态可改变装置的操作期间使用的光的波长可以大于形成所述装置的所述粒子的几何尺寸或大于整个所述状态可改变装置。所述装置具体地可以在操作期间使用的光的衍射限制之下操作。所述耦合材料例如允许由于所述耦合材料的特定电子配置导致的所述粒子之间的电子相互作用。所述耦合材料的电子配置能够例如由触发信号控制，所述触发信号通过照射具有特定波长或频率的光脉冲(导致全光学切换)实现。然而还可以设想将电场、磁场、热改变等作为触发信号。
[0014]根据实施例，所述第一SPP配置可以被分配给或表示第一状态并且所述第二SPP配置可以被分配给或表示第二状态。所述第一和第二状态可以是例如装置的逻辑状态，例如电子装置的逻辑状态。
[0015]根据本发明的实施例的状态可改变装置允许等离子耦合，并且因此允许具有在粒子上的电荷分布的整体(混合)等离子状态的产生，所述整体(混合)等离子状态可以与涉及分开的邻近粒子的等尚子状态区分开。
[0016]例如，与所述粒子之间的所述第一电光耦合的实施例对应的纯电容性或弱光耦合导致所述第一等离子配置，所述第一等离子配置基本上显示与单独的粒子的等离子状态接近的等离子状态。然而，所述第二等离子配置是由于作为所述粒子之间的具有电子交换的所述第二电光耦合的实施例的传导性耦合。这能够导致混合电荷载流子分布和与单独的粒子的SPP模式相比明显不同的SPP模式。
[0017]在所述状态可改变装置的实施例中，所述耦合材料被适配为通过照射作为触发信号的切换光或其它方式从绝缘状态可逆地改变为传导状态。因此，在实施例中，所述耦合材料被选择为使得通过将所述耦合材料暴露给特定触发信号(诸如光脉冲)，所述耦合材料能够从绝缘状态改变为另一传导状态。因此，可以作为照射的光的函数而使得所述耦合材料成为传导性的或绝缘的。可替换地或附加地，在小间隙中的二次谐波的生成能够导致入射的切换光的频率加倍。因此，所述耦合材料的耦合行为中的切换或改变能够是频率敏感的并且能够被相应地适配。
[0018]作为实施例，所述耦合材料是潜在地显示例如二次谐波生成的非线性电光行为的材料。
[0019]在状态可改变装置的实施例中，所述绝缘状态能够通过照射具有第一切换频率的切换光引起，并且/或者所述传导状态能够通过照射具有第二切换频率的切换光引起。
[0020]例如，所述第一和第二粒子被适配为使得对应于所述第二SPP配置的SPP谐振频率具有距所述第一和/或第二切换频率的预定距离。
[0021]可以选择所述状态可改变装置的粒子和所述耦合材料，使得一方面涉及未耦合粒子并且另一方面(通过所述耦合材料)涉及耦合粒子的特定等离子状态的能量与参考切换频率的相应的能量不会彼此干扰。因此，所述状态可改变装置可以允许通过照射具有所述第一或第二切换频率的光来改变其等离子状态。能够在非常宽的范围中选择等离子状态，以便类似于光的颜色，许多“光子颜色”能够由SPP配置携带。因此，所述状态可改变装置可以在宽范围的光子波段中操作。
[0022]在所述状态可改变装置的实施例中，所述切换光对应于比所述粒子的尺寸长的波长。因此，所提出的状态可改变装置允许亚波长光操纵和装置尺寸。所述状态可改变装置能够通过具有大于实际固态装置的波长的光脉冲来解决和切换。
[0023]在实施例中，所述耦合材料是所述第一和/或第二粒子的功能化涂层的一部分。例如，所述耦合材料能够是用于涂敷特定纳米粒子的活性表面介质。通过功能化这种活性表面涂层，在状态可改变装置中包括的两个纳米粒子的系统能够从具有电容性耦合的系统切换为允许所述粒子表面之间的电传递的电耦合的系统。
[0024]在实施例中，所述粒子的親合材料或涂层材料包括配体(ligand)，所述配体被适配为响应于所述触发信号，并且具体地响应于切换光，在所述第一和第二粒子之间形成电荷耦合。所述耦合材料可以是光致变色的。作为结果，在近场和远场范围中的等离子和光学性质改变。例如，所述状态可改变装置能够从耦合的或混合的系统改变为两个粒子的仅电容性耦合的系统。
[0025]在所述状态可改变装置的实施例中，所述粒子是具有在lnm和lOOnm之间的尺寸的纳米粒子。所述粒子可以具有规则的形状，但是能够是球形、类似棒形或具有任何任意形状。然而，还可以使用具有蝴蝶结领结形状的几何形状的粒子。
[0026]除了所述粒子的形状，等离子状态能够作为粒子材料的函数改变。因此，限定SPP模式的参数能够是材料成分。因此，单独的粒子的几何形状和材料成分以及它们耦合的方式能够被定制以提供所期望的电光响应。例如，两个或更多粒子是金、银或铝纳米粒子。所述粒子能够包括其它贵金属。还能够设想半导体粒子，优选地是高掺杂的半导体粒子。实施例可以包括用于所述粒子的基于碳的材料，例如碳纳米管，富勒烯和石墨烯结构。
[0027]在实施例中，取决于涂层的介电和电容性性质，所述粒子之间的距离在lnm和lOOnm之间。所述距离能够被适配为实现所述状态可改变装置的电容性耦合配置和电耦合配置中的所期望的特定等离子状态。优选地，所述距离大于允许例如通过隧穿机制进行的所述粒子之间的直接电荷载流子转移的阈值距离。
[0028]在实施例中，所述状态可改变装置包括用于形成多个粒子的额外的粒子。所述多个粒子优选地被适配为提供电荷载流子分布，使得表面等离子极化激元(SPP)出现。替代两粒子系统，可使用具有能够被具体激励的等离子激励的多粒子系统。
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