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公開番号2024056638
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-23
出願番号2023172114
出願日2023-10-03
発明の名称非二元論理用の強誘電体ナノ粒子キャパシタおよび動作方法
出願人テラクアンタムアーゲー,TERRA QUANTUM AG
代理人個人
主分類H10B 53/00 20230101AFI20240416BHJP()
要約【課題】離散的な残留強誘電体分極状態を提供するための限られた数の強誘電体ナノ粒子を有する強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスを提供する。
【解決手段】強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス100は、互いに電気的に絶縁された導電性素子102、112の対と、その対の導電性素子間に配置された強誘電体ナノ粒子104a、104bと、を備える。強誘電体ナノ粒子は、異なる全強誘電体分極を有する少なくとも3つの分極状態106を提供するように適合され、強誘電体ナノ粒子を少なくとも3つの分極状態のいずれかに選択的に設定するために、対の導電性素子の一方で予め選択された電圧又は予め選択された電荷を受け取るように適合されてもよく、特に、対の他方の導電性素子は一定の電荷を運ぶように適合される。言い換えれば、強誘電体ナノ粒子の分極状態を個別に対処して、強誘電体ナノ粒子をそれぞれの分極状態に設定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）であって、
互いに電気的に絶縁された導電性素子（１０２、１１２）の対と、
前記対の前記導電性素子（１０２、１１２）間に配置された強誘電体ナノ粒子（１０４ａ、１０４ｂ）とを備え、
前記強誘電体ナノ粒子（１０４ａ、１０４ｂ）が、異なる全強誘電体分極を有する少なくとも３つの分極状態（１０６）を提供するように適合される、
強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記強誘電体粒子（１０４ａ、１０４ｂ）が、互いに離隔しており、および／または
誘電体セパレータ材料（１２２）が、前記強誘電体ナノ粒子（１０４ａ、１０４ｂ）間に配置され、および／または
任意の方向に沿った前記強誘電体ナノ粒子のそれぞれのサイズが、５０ｎｍを超えず、または３０ｎｍを超えない、
請求項１に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項３】
前記対の前記導電性素子（１０２、１１２）が、距離（ｄ）だけ離隔したそれぞれの表面（１０８、１１８）を備え、前記強誘電体ナノ粒子（１０４ａ、１０４ｂ）が、前記距離（ｄ）の少なくとも９０％に沿って、または前記距離（ｄ）全体に沿って延びる、
請求項１または２に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項４】
前記対の前記導電性素子（１０２、１１２）の近傍および／または前記強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）の強誘電体ナノ粒子（１０４ａ、１０４ｂ）の近傍に配置された検知電極（５０４）をさらに備える、
請求項１または２に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項５】
前記対（１０２、１１２）の第１の導電性素子（１０２）が、一定の電荷を運ぶように適合され、および／または電気的に絶縁され、および／または電気的に浮遊している、
請求項１または２に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項６】
前記対の第２の導電性素子（１１２）上の電荷を制御および／または変化させるように適合された電荷制御デバイス（１１４）をさらに備える、
請求項１または２に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項７】
前記電荷制御デバイス（１１４）が、前記対の前記第２の導電性素子（１１２）にパルスシーケンス（５１０）を印可するように適合され、および／または
前記電荷制御デバイス（１１４）が、前記対の前記第２の導電性素子（１１２）に１μｓ未満の持続時間を有するパルス（５０８）を印可するように適合される、
請求項６に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項８】
前記電荷制御デバイスが、前記導電性素子（１０２、１１２）の対から電気的に絶縁された追加の導電性素子（２０２）を備え、前記電荷制御デバイス（１１４）が、前記追加の導電性素子（２０２）と前記第２の導電性素子（１１２）との間に電圧を印加するように適合される、
請求項６に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項９】
強誘電体ナノ粒子（１０４ａ、１０４ｂ）の個々の分極状態（１０６ａ、１０６ｂ）を変化させるおよび／または読み出すように適合された空間分解入出力デバイス（５０６）をさらに備える、
請求項１または２に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
【請求項１０】
前記強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）の導電性素子（１０２、１１２、２０２）または前記強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）の検知電極（５０４）で時間依存性電気信号を入力として受信するか、または光読み出しデバイスによって決定された信号を入力として受信するように適合された人工ニューラルネットワーク（６０８）をさらに備える、
請求項１または２に記載の強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイス（１００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、特に、個々に対処することができる離散的な残留強誘電体分極状態を提供するための限られた数の強誘電体ナノ粒子を有する強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスに関する。特に、ナノ粒子の各々は、モノドメイン強誘電状態にあり得る。本開示はまた、強誘電体ナノ粒子の分極状態を設定する方法に関する。本方法はさらに、リザーバコンピューティングにおける強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスの用途に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
コンピュータ産業は、論理ビットなどの情報の記憶または切り替えに必要なエネルギーを削減するために、デバイスの継続的な小型化を目指している。この目的のために、既存のコンピューティング回路は、情報を記憶および処理するために標準的な二元論理を使用する。これらの回路は、原子サイズの小型化およびビット処理ごとのエネルギー散逸の基本的なランダウアー原理によって設定された基本的な限界に達しつつある。
【発明の概要】
【０００３】
上記の技術的問題を考慮して、多値論理デバイスが必要とされている。
【０００４】
本開示の文脈において、多値論理デバイスという用語は、少なくとも３つの切り替え可能および／または個別に対処可能な論理状態、または少なくとも３つの切り替え可能および／または個別に対処可能な分極状態など、少なくとも３つの状態を提供するデバイスを指すことができる。言い換えれば、多値論理デバイスは、非二元論理デバイスと考えることができる。したがって、多値論理デバイスは、２つの状態（すなわち切り替え可能および／または個別に対処可能な２つの論理状態または分極状態）を提供する二元論理デバイスとは異なる。
【０００５】
多値論理デバイスを使用すると、エネルギー損失が低減され、デバイスの前例のないほど高い情報密度が可能になり、したがって従来のデバイスの二元支配が克服され得る。多値論理を探索することは、非フォンノイマン計算を実現するために重要である。
【０００６】
切り替え可能な多値論理を実現することができるシステムの能動的な探索にもかかわらず、多値論理デバイスの実用的に実行可能な物理的実装は、これまでは未解決の困難なタスクのままであった。
【０００７】
ソリッドステートドライブおよびフラッシュメモリで現在使用されている擬似マルチレベル論理ユニットの既存の実装は、実際には個々のバイナリ（すなわちビット）論理デバイスの組合せを含む。したがって、それらはビット書き込みのアナログ方法を必要とし、それは情報の確率的損失に起因する論理セルの不規則な挙動をもたらし得る。
【０００８】
本開示の第１の態様では、強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスは、互いに電気的に絶縁された導電性素子の対と、導電性素子対間に配置された強誘電体ナノ粒子とを備える。強誘電体ナノ粒子は、異なる全強誘電体分極を有する少なくとも３つの分極状態を提供するように適合される。
【０００９】
したがって、第１の態様による強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスは、多値論理デバイス、または多値論理の実装をそれぞれ提供する。
【００１０】
強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスは、強誘電体ナノ粒子を少なくとも３つの分極状態のいずれかに選択的に設定するように適合され得る。例えば、強誘電体ナノ粒子キャパシタデバイスは、強誘電体ナノ粒子を少なくとも３つの分極状態のいずれかに選択的に設定するために、対の導電性素子の一方で予め選択された電圧または予め選択された電荷を受け取るように適合されてもよく、特に、対の他方の導電性素子は一定の電荷を運ぶように適合される。言い換えれば、強誘電体ナノ粒子の分極状態を個別に対処することができる。分極状態に対処することは、強誘電体ナノ粒子をそれぞれの分極状態に設定することを指すことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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