طراحی و شبیه سازی یک جمع کننده کامل دودویی مبتنی بر حلقه های کوانتومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، واحد دماوند، دانشگاه آزاد اسلامی، دماوند، ایران

2 گروه مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، دماوند، ایران.

چکیده

در این مقاله، با استفاده از هشت حلقه کوانتومی که از هر یک حلقه­ها شار مغناطیسی  عبور کرده است یک مدار جمع کننده کامل دودویی طراحی شده است. حلقه­های کوانتومی به دو گروه چهارتایی تقسیم شده­ اند که به صورت موازی به یکدیگر متصل شده اند. این آرایش از دو طرف بطور متقارن به الکترودهای نیمه بی نهایت متصل شده­ اند و سه ولتاژ گیت نیز به عنوان ورودی­های جمع کننده کامل به حلقه ها اعمال شده است. هامیلتونی سیستم با استفاده از روش بستگی قوی تقریب زده شد و جریان عبوری از آن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی محاسبه شده است. مشخصه­ های هدایت الکتریکی-انرژی و جریان-ولتاژ برای مقادیر متفاوت ولتاژهای گیت بدست آمده است. نتایج نشان می­دهند این مدار کوانتومی همانند مدار یک جمع کننده کامل دودویی رفتار می­ کند. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and simulation of a binary full adder based on quantum rings

نویسندگان [English]

  • Amir Taghavi Motlagh 1
  • Hojjatollah Khajeh salehani 2
1 Department of Electrical Engineering, Damavand Branch, Islamic Azad University, Damavand, Iran.
2 Department of Electrical Engineering, Damavand Branch, Islamic Azad University, Damavand 39718-78911, Iran
چکیده [English]

In this paper, a binary full adder circuit is designed with eight quantum rings where each ring is threaded by a magnetic flux phi0/2. The quantum rings are divided into two categories with four rings connected to each other in parallel. They are attached symmetrically to two semi-infinite one-dimensional metallic electrodes, and three gate voltages are applied as three inputs of the full adder. The Hamiltonian of the system is approximated by the tight-binding method, and the calculations are performed by using Green’s function formalism. The conductance-energy and current-voltage characteristics are obtained for different values of applied gate voltage. The results show this quantum circuit behaves as a binary full adder.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Quantum Transport
  • Quantum ring
  • Full adder
  • Green Function
 
[1] A. Aviram, M. A., Ratner, Molecular Rectifiers. Chemical physics letters, 29(2), 277, 1974.
 
[2] V. Alba, “Entanglement and quantum transport in integrable systems”, Physical Review B, 97(24), 245135, (2018).     
[3] M. Thoss, & F. Evers, “Perspective: Theory of quantum transport in molecular junctions”. The Journal of chemical physics, 148(3), 030901, 2018.
[4] A. Shedbalkar, & B. Witzigmann,”Non equilibrium Green’s function quantum transport for green multi-quantum well nitride light emitting diodes”, Optical and Quantum Electronics, 50(2), 67, 2018.
[5]. N. Ho & C. Emary, “Counting statistics of dark-state transport through a carbon nanotube quantum dot”, Physical Review B, 100(24), 245414, 2019.
[6] H. Zhang, D. E. Liu, M. Wimmer, & L. P. Kouwenhoven, “Next steps of quantum
transport in Majorana nanowire devices”, Nature communications, 10, 1-7, 2019.
[7] M. A. Darehdor, M. R. Roknabadi, & N. Shahtahmassebi, “Effects of phonon scattering on the electron transport and photocurrent of graphene quantum dot structures”, The European Physical Journal B, 92(1), 1-8, 2019.
[8]. A. Donarini, M. Niklas, M. Schafberger, P. Nicola, S. Christoph, G. Milena, “Coherent population trapping by dark state formation in a carbon nanotube quantum dot”., Nature communications, 10, 381, 2019.
[9]. Y. Aharonov, D. Bohm, “Significance of electromagnetic potentials in quantum theory”, Physical Review, 115, 485-491, 1995.
[10]. M. Büttiker, Y. Imry, R. Landauer, “Josephson behavior in small normal one-dimensional rings”, Physics Letters A, 96, 365-367, 1983.
[11] S. K.Maiti, “Electron transport in a double quantum ring: Evidence of an AND gate”, Physics Letters A, 373, 4470-4474, 2009.
[12] S. K.Maiti, “NOR gate response in a double quantum ring: An exact result” Solid State Communications, 149(47- 48), 2146-2150, 2009.
[13] S. K.Maiti, “Quantum transport in a mesoscopic ring: Evidence of an OR gate”, Solid State Communications, 149(39 - 40), 1684-1688, 2009.
[14] S. K.Maiti, “XOR gate response in a mesoscopic ring with embedded quantum dots”. Solid State Communications, 149(39-40), 1623-1627, 2009.
[15]    S. K.Maiti, “A Mesoscopic Ring as a XNOR Gate: An Exact Result”, Journal of the Physical Society of Japan, 78(11), 114602, 2009.
[16] S. K.Maiti, “NAND gate response in a mesoscopic ring: an exact result” Physica Scripta, 80(5), 2009.
[17]   S. K.Maiti, “A Mesoscopic Ring as a NOT Gate: An Exact Result” Computational and Theoretical Nanoscience, 7(6), 594-599, 2009.
[18] H. Khanzadi., H. K. Salehani., “Design of Basic   Logic Gates by Triple Quantum Rings. Nanoscience and Technology”, 2(2), 119-121, 2016.

[19]. L.F. AL-Badry,” The electronic properties of concentric double quantum ring and possibility designing XOR gate”, Solid State Communications,

 254, 15-20, 2017.

 
[20]. L. Eslami, M. Esmaeilzadeh, “Spin-polarization and spin-dependent logic gates in a double quantum ring based on Rashba spin-orbit effect: Non-equilibrium Green's function approach.”, Journal of Applied Physics, 115, 084307, 2014.
[21]. E. Dehghan, D. Sanavi Khoshnoudy, A.S. Naeimi, “NAND/AND/NOT logic gates response in series of mesoscopic quantum rings”, Modern Physics Letters B, 33(34), 1950431, 2019.
[22]. D. Cricchio, E., Fiordilino, “Quantum Ring in a Magnetic Field: High Harmonic Generation and NOT Logic Gate” Advanced Theory and Simulations., 3(7), 2000070, 2020.
[23]  M. M. Mano, & M. D. Ciletti , “Digital Design: with an introduction to the Verilog HDL”, New Jersey : Pearson Education., 2013.
[24]. S. Datta, Quantum Transport, Atom to Transistor, Cambridge University Press, Cambridge, 2005.
[25]. O. Hod, R. Baer, E. Rabani, “Feasible Nanometric Magnetoresistance Devices” The journal of physical chemistry. B, 108, 14807-14810, 2004.
[26]. O. Hod, R. Baer, E. Rabani, “Magnetoresistance of nanoscale molecular devices based on Aharonov-Bohm interferometry”, Journal of Physics Condensed Matter, 20, 383201, 2008.
[27]. O. Hod, R. Baer, E. Rabani, “Magnetoresistance devices based on single-walled carbon nanotubes”, Journal of the American Chemical Society, 127, 1648-1649, 2005.
 
[28]. O. Hod, R. Baer, E. Rabani, “Magneto-resistance of nanoscale molecular devices” Accounts of Chemical Research.. 39, 109-117, 2006.