[發明專利]一種全液態量子隧穿效應器件及其制作方法

在審

• 申請號: 201710676244.5
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107579112A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 劉靜;趙曦;湯劍波;劉逸凡
• 申請（專利權）人: 北京夢之墨科技有限公司
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君,王文紅

本發明提出一種全液態量子隧穿效應器件，包括作為電導體的兩個以上的液態金屬液滴，承載液態金屬液滴的容器，用于分隔各液態金屬液滴的絕緣或半絕緣液體，以及電極；所述液態金屬液滴的尺寸為0.1nm。本發明還提出全液態量子隧穿效應器件的制備方法。本發明全液態量子隧穿效應器件改變了現有固體量子隧穿效應器件的既有觀念和技術范疇，首次提供了全液態量子隧穿效應器件這種嶄新概念的器件，引入了獨特的導電性液態金屬和作為絕緣或半絕緣體常規液體的兩者的變形特性和良好結合性，擴展了傳統量子器件的范疇。其本身可以為多種結構的形狀自適應組合體，且液態金屬種類及溶液濃度可調，因而可體現出更復雜的量子隧穿行為。

技術領域

本發明屬于電學器件領域，具體涉及一種具有量子隧穿效應的器件，及其制備方法。

背景技術

電學領域已知的是，兩塊金屬(或半導體、超導體)之間若存在真空或絕緣或半絕緣體，電子一般是無法由金屬一側穿越到另一側的，此時的絕緣或半絕緣層對電子來說是一個壁壘，或稱為勢阱。然而，當電絕緣或半絕緣層的厚度與de Broglie波長相當時，電子可沿隧道穿過薄的電絕緣或半絕緣層，這種由于電子波特性引起的量子力學特性，就是著名的量子隧穿效應(Quantum tunnelling effect)，也稱約瑟夫森效應，其使得電子等微觀粒子能夠穿過原本無法通過的電絕緣或半絕緣層“墻壁”。這種通常在尺度上極薄的絕緣或半絕緣層，構成一個稱為約瑟夫森“結”的元件。

在量子力學里，穿透過的波幅可以合乎物理學地解釋為行進粒子，根據量子力學，微觀粒子具有波的性質，因而具有不為零的概率穿過這些“墻壁”。當絕緣或半絕緣層太厚時，隧道效應不明顯，太薄時，兩側導體實際上則連成一塊，此兩種情形均不發生約瑟夫森效應。當絕緣或半絕緣層既不太厚也不太薄時稱為弱連接超導體。兩塊超導體夾一層薄絕緣或半絕緣材料的組合稱S-I-S超導隧道結或約瑟夫森結。由于獨特的性質，約瑟夫森效應已被廣泛用于高敏感性微波探測器、磁力計，以及掃描隧道顯微鏡、超導量子干涉器(SQUID)等方面。

不難看出，迄今為止的所有實現量子隧穿效應的器件通常均由一個三明治剛體結構組成，其中間層為絕緣或半絕緣的薄區域，兩側一般為導電介質區域。在具體實現的材料物態中，中間層通常為絕緣或半絕緣材料，兩側區域為金屬導體或超導體。這些結構由于是固體器件，中間層厚度無法調整，整個器件的形狀無法變形、分割，一旦制備出來，則主要只能按其特定結構實現對應功能，在應用上會受到一定限制。

顯然，若能將量子隧穿效應器件三明治剛體結構全部予以液態化，則可望實現前所未有的全液態量子隧穿效應器件，從而提供不同于傳統器件的性能，有助于為新興的量子工程提供更加智能的器件技術支撐，實現更廣范圍的量子技術應用，甚至推動量子技術產業呈現跨越式發展。本發明的目的正在于提供一種旨在突破傳統量子隧穿技術范疇和概念的全液態量子隧穿效應器件。

發明內容

基于上述技術背景，為克服現有量子隧穿效應器件天然的剛體結構局限和變革傳統器件無法自適應調整自身結構和變形的現狀，本發明的目的在于通過首次引入液態金屬導電體及非導電性液體的技術理念，借助其彼此的結構耦合提供一種全液態量子隧穿效應器件，通過對液態金屬導電體及非導電性液體予以加力處理，可以獲得廣譜特性的可變形量子隧穿效應器件，由此實現超越傳統固體概念的應用更為廣泛的智能化量子器件如高性能量子存儲、計算甚至是智能仿生器件等。

本發明的另一個目的是提出所述全液態量子隧穿效應器件的制作方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種全液態量子隧穿效應器件，包括作為電導體的兩個以上的液態金屬液滴，承載所述液態金屬液滴的容器，用于分隔各液態金屬液滴的絕緣或半絕緣液體，以及電極；所述電極為與液態金屬液滴連接的金屬絲或液態金屬本身；所述液態金屬液滴的尺寸為0.1nm。

可選地，所述金屬絲或液態金屬本身的直徑為1nm～1mm。所述封裝容器可為固體結構如玻璃、硅制成的毛細管，也可為柔性材料如塑料、PDMS等制成的毛細管。