[發明專利]一種光控基底熱膨脹實現雙向原子開關的方法

有效

• 申請號: 202010983285.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112047296B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 向東;張素榮;倪立發;張偉強;郭晨陽
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81B7/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

光控基底熱膨脹實現原子開關，涉及分子電子學、納米材料、化學等諸多領域，利用外加光使得基片上絕緣膠熱膨脹，帶動金屬結兩端電極的拉伸和壓縮，實現光不接觸式調控金屬結電導值，通過改變光強和光照位置，金屬結電導值變化幅度和方向也隨之改變，實現了雙向原子開關。解決了以往原子開關不易集成的不足，且實現過程耗能低、噪聲小，有利于以后存儲器和可編程開關等的集成應用。

技術領域

本發明應用于雙向原子級開關的制備，尤其是利用激光來實現，涉及分子電子學、納米材料、化學等諸多領域。

背景技術

隨著信息時代的快速發展，對電子元器件的微型化、集成化要求迫切，分子電子學因此發展迅猛，其中開關元器件一直深受關注。相對于分子開關來說，原子開關(只有電極，沒有分子)更穩定，重復性更高，且尺寸更小，能耗更低，更有潛力應用于存儲器和可編程開關等。迄今為止，實現原子開關的方法有多種，比如，利用電場或者光場控制金屬粒子在兩端電極表面的氧化還原反應，促使金屬橋在電極兩端的形成與斷裂，或是利用外加光場實現等離子體加熱，使得兩端電極熱膨脹實現原子開關等。

機械可控納米裂結(Mechanically Controllable Break Junction，MCBJ)技術多用于形成和研究原子、分子電學特性，該設備穩定性好，裝置簡單，易操作，且具有很高的重復性。

聚酰亞胺材料具有高絕緣性能、優良的機械性能和耐高溫性能，可在制備金屬結時涂覆在彈簧鋼片上作為絕緣層，形成基底。

本發明利用機械可控納米裂結技術制備金屬結原子級別電導值，再利用外加激光控制基底熱膨脹實現金屬結的原子開關，實現了亞埃米級精度的靜態低噪聲控制，且可以通過改變激光照射位置，實現雙向的原子級別開關。

發明內容

本發明提供一種光控基底熱膨脹實現雙向原子開關的方法，且激光不接觸金屬結即可實現原子級別的開關調控，另外，控制過程精度高、低能耗、低噪聲，制備工藝簡單，易于集成。

本發明所采用的實驗方案是：一種利用光控基底熱膨脹實現原子開關的方法，包括He-Ne激光器，快門，偏振片，會聚透鏡，基片，機械可控裂結裝置，XYZ三維平移臺，半導體設備分析儀。其中基片組成是：一根中間帶有刻痕的金線，由兩個固定黑膠固定在涂覆一層聚酰亞胺絕緣膠的彈簧鋼片上。

上述利用光控基底熱膨脹實現原子開關的方法，所述快門置于He-Ne激光器出光口后，將連續光變成周期光；兩個偏振片、會聚透鏡在光路傳播的方向依次放置，其中第一偏振片和第二偏振片整體可調節入射光的強度，會聚透鏡將光會聚照射在基片上；基片放置在機械可控納米裂結裝置上，機械可控納米裂結裝置可以對金屬結進行拉伸和壓縮，整體置于會聚透鏡下面；半導體設備分析儀在金屬結兩端加偏壓，測其電學信號。

上述利用光控基底熱膨脹實現原子開關的方法，實驗原理是，激光照射在基片上，絕緣膠產生熱膨脹，帶動兩個固定黑膠運動，當照射在相對于金屬結兩個固定黑膠的不同位置時，固定黑膠的運動方向和大小都會不同，因此對固定在絕緣膠上面的金屬結產生拉伸或者壓縮的作用，以此實現雙向原子開關效果。

本發明的技術優點是：該方法采用光控基底熱膨脹來實現原子開關，可以遠程控制，不接觸式操控原子結的開與關，實現了亞埃級精度的靜態低噪聲調控。而且在實驗過程中，對于基底材料和電極材料的使用有多樣性，外加光的強度和電極兩端偏壓都極小，實現了低能耗。當原子結中間連接處切割或者光刻的足夠細時，基片不需要通過機械可控納米裂結裝置拉伸，即可利用激光實現對金屬結的原子級開關調控，有利于以后的集成化。另外，該方法通過改變光強大小和光照位置，調制原子結電導值的變化幅度以及變化方向，實現原子結的雙向開關。

附圖說明

為了使本發明的目的和技術方案更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述：

圖1為光控原子開關示意圖。