起经典FET电路其具有如下好处:一是QCA是以边界驱动且细胞之间通过库仑力相互作用,从而简化了布线问题;二是交叉布线可在同一平面上实现,而这是FET电路正亟待解决的问题;三是量子点尺寸小至纳米级,这样大大缩小了电路线路的面积。然而,大规模生产规整排列的量子细胞比较困难,而且速度不够快,量子电路时钟控制也困难,且极易受到外界环境因素的影响。但无论如何,量子原胞自动机向我们展示了它独具的魅力和诱人的前景,1997年,Orlov等成功展示了第一个QCA细胞制备的示范实验结果,细胞量子点的形成是用微少的铝沉积在硅晶片上。这一示范性结果大力推动了QCA的研究与发展。2.1?QCA细胞量子原胞自动机最小构成单元是QCA细胞,QCA细胞结构大致分为两种:一种是由四个量子点构成的,相邻两个量子点之间有一隧道结,量子点间的势垒可将电荷量化,如此两个额外的自由电子就可通过隧道结在量子点之间进行隧穿。由于细胞间势垒极高,电荷不可能在细胞之间隧穿。如图2-1所示,这里我们用实心圆表示自由电子,空心圆表示量子点。另一种是由五个量子点构成的,相对于四量子点QCA细胞而言,五量子点中的一个量子点位于四量子点的中央位置,两两量点之间用隧道结相联,如图2-2所示。无论哪种结构的细胞,由于库仑排斥力的作用,两个额外的自由电子更易处于对角线上的两个量子点上[20],这样便形成两种不同的极化状态。极化状态P=+1,此时电子位于1、3量子点上,P=-1,此时电子位于2、4量子点上。对于四量子点结构的QCA细胞,其极化度可定义为公式(2-1)。P=(r1+r3)-(r2+r4)r1+r2+r3+r4对于五量子点结构的QCA细胞,极化度定义为公式(2-2)。?(2-1)P=(r1+r3)-(r2+r4)r0+r1+r2+r3+r4?(2-2)其中ri表示量子点i中的电子密度,这里的极化度只表示了电荷的分布而不代表细胞的
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