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

تقوی مطلق, امیر; خواجه صالحانی, حجت الله

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

20.1001.1.24235628.1401.9.1.4.0

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

مراجع

[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.