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专利号: 2024219367878
申请人: 湖北工程学院
专利类型:实用新型
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:包含硅衬底(1)、蓝宝石层(2)、石墨烯纳米条波导(3)、石墨烯矩形谐振腔(4),其中:所述蓝宝石层(2)设于所述硅衬底(1)的上方;所述蓝宝石层(2)的上表面设有所述石墨烯纳米条波导(3)、所述石墨烯矩形谐振腔(4);

所述石墨烯纳米条波导(3)包含第一石墨烯纳米条波导(3.1)、第二石墨烯纳米条波导(3.2);

所述第一石墨烯纳米条波导(3.1)、所述第二石墨烯纳米条波导(3.2)从前向后依次排列;

所述石墨烯矩形谐振腔(4)包含第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)、第二石墨烯矩形谐振腔(4.2);

所述第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)与所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)并联设置;所述第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)与所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)分别设于所述石墨烯纳米条波导(3)的左右两侧,并与所述石墨烯纳米条波导(3)形成边耦合结构;

所述石墨烯纳米条波导(3)的化学势固定为0.6eV;

当所述第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)的化学势固定为0.60eV,所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)的化学势通过调节外界偏置电压而分别达到0.60eV、0.65eV和0.70eV时,本逻辑异或门输出的逻辑为“1”;

当所述第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)和所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)的化学势固定为0.2eV时,本逻辑异或门输出的逻辑为“0”。

2.根据权利要求1所述的基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)的化学势与所述外界偏置电压的关系为:其中:EF用于表征所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)的化学势;Vg用于表征所述外界偏置电压;ε0用于表征真空的介电常数;εd用于表征介质的介电常数;dsub用于表征所述硅衬底(1)的厚度;vF用于表征费米速度;用于表征约化的Planck常量;e用于表征电子电量。

3.根据权利要求2所述的基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:所述石墨烯纳米条波导(3)与所述石墨烯矩形谐振腔(4)之间的耦合距离为10nm;

所述第一石墨烯纳米条波导(3.1)与所述第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)的耦合长度为60nm;

所述第二石墨烯纳米条波导(3.2)与所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)的耦合长度为60nm;

所述第一石墨烯纳米条波导(3.1)与所述第二石墨烯纳米条波导(3.2)的间距为20nm。

4.根据权利要求3所述的基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:所述硅衬底(1)的厚度为300nm;所述蓝宝石层(2)的厚度为300nm。

5.根据权利要求4所述的基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:所述第一石墨烯矩形谐振腔(4.1)的长度为140nm,宽度为10nm;所述第二石墨烯矩形谐振腔(4.2)的长度为140nm,宽度为10nm;所述第一石墨烯纳米条波导(3.1)的宽度为

10nm;所述第二石墨烯纳米条波导(3.2)的宽度为10nm。

6.根据权利要求5所述的基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:本装置采用的石墨烯的弛豫时间为0.5ps;单层所述石墨烯的厚度为0.2nm;激发表面等离子体激元的光源距离所述石墨烯矩形谐振腔(4)的中心的距离为150nm;所述石墨烯矩形谐振腔(4)的中心与探测器之间的间距为150nm。

7.根据权利要求6所述的基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门装置,其特征在于:所述蓝宝石层(2)的折射率和损耗因子在波长5.37μm处分别为1.60和0.0004。