DOI: https://doi.org/10.15587/2313-8416.2015.53495

Наноэлектроника «снизу – вверх»: термодинамика проводника с током, информационно-управляемый аккумулятор и квантовая энтропия

Юрий Алексеевич Кругляк

Аннотация


В концепции «снизу – вверх» наноэлектроники строится равновесная термодинамика проводника с током, обсуждается накопление информации в неравновесном состоянии и анализируется модель информационно-управляемого аккумулятора и связь ее с принципом Ландауэра о минимальной энергии, необходимой для стирания одного бита информации. Вводится понятие квантовой энтропии, подчеркивается актуальность интегрирования спинтроники и магнетроники в связи с предстоящим переходом к спиновой архитектуре вычислительных устройств


Ключевые слова


нанофизика; наноэлектроника; термодинамика резистора; информационная емкость; принцип Ландауэра; квантовая энтропия

Полный текст:

PDF

Литература


Kruglyak, Yu. A. (2015). Nanoelectronics «bottom – up»: current generation, generalized Ohm’s law, elastic resistors, conductivity modes, thermoelectricity. ScienceRise, 7/2 (12), 76. doi: 10.15587/2313-8416.2015.45700

Krugljak, Ju. O., Striha, M. V. (2014). Uroky nanoelektroniky. Rol' elektrostatyki i kontaktiv v koncepcii' «znyzu – vgoru». Sensor Electronics Microsys, 11 (4), 27–42.

Feynman, R. P (1972). Statistical Mechanics. Benjamin, New York.

Kruglyak, Yu. A. (2015). Transfer of heat by phonons in Landauer – Datta – Lundstrom transport model. ScienceRise, 2/2 (7), 81–93. doi: 10.15587/2313-8416.2015.36332

Fock, V. (1932). Konfigurationsraum und zweite Quantelung. Zeitschrift for Physik, 75 (9-10), 622–647. doi: 10.1007/bf01344458

Kruglyak, Yu. A. (2014). Configuration interaction in the second quantization representation: basics with application up to full CI. ScienceRise, 4/2 (4), 98–115. doi: 10.15587/2313-8416.2014.28948

Kuprievich, V. A., Kruglyak, Y. A., Mozdor, E. V. (1970). Full configuration interaction for the benzyl radical. International Journal of Quantum Chemistry, 4 (1), 73–87. doi: 10.1002/qua.560040107

Kuprievich, V. A., Kruglyak, Yu. A., Mozdor, E. V. (1971). The Configuration Interaction Method in the Second Quantization Representation. Croat. Chem. Acta., 43, 1–13.

Kruglyak, Yu. A., Mozdor, E. V., Kuprievich, V. A. (1971). Study of the Electronic Structure of Radicals by the CI Method. 1. Matrix Elements of the Physical Value Operators. Croat. Chem. Acta., 43, 15–23.

Kruglyak, Y. A., Ukrainsky, I. I. (1970). Study of the electronic structure of alternant radicals by theDODS method. International Journal of Quantum Chemistry, 4 (1), 57–72. doi: 10.1002/qua.560040106

Kruglyak, Y. (2015). Quantum-chemical studies of quasi-one-dimensional electron systems. 1. Polyenes. ScienceRise, 5/2 (10), 69–105. doi: 10.15587/2313-8416.2015.42643

Kruglyak, Yu. A. (2015). Quantum-chemical studies of quasi-one-dimensional electron systems. Part 2. Cumulenes and origin of the forbidden zone. ScienceRise, 6/2 (11), 122–148. doi: 10.15587/2313-8416.2015.44540

Dill, K. A., Bromberg, S. (2010). Molecular Driving Forces: Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience. New York: Garland Science, 778.

Salahuddin, S., Datta, S. (2006). An All Electrical Spin Detector: Sixth IEEE Conference on Nanotechnology. School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University, West Lafayette, 2, 834–837. doi: 10.1109/nano.2006.247788

Kruglyak, Yu. A. (2015). The «bottom – up» nanoelectronics: elements of spintronics and magnetronics. ScienceRise, 8/2 (13), 51–68. doi: 10.15587/2313-8416.2015.47792

Shennon, K. (1963). Raboty po teorii informacii i kibernetike. Mocow: Izd-vo IL, 824. Available at: http://www.novsu.ru/file/1086154

Vol'kenshtejn, M. V. (1986). Jentropija i informacija. Moscow: Izd-vo "Nauka", 192.

Landauer, R. (1961). Irreversibility and Heat Generation in the Computing Process. IBM Journal of Research and Development, 5 (3), 183–191. doi: 10.1147/rd.53.0183

Bennett, C. H. (2003). Notes on Landauer's principle. Reversible Computation and Maxwell's Demon. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 34 (3), 501–510. doi: 10.1016/s1355-2198(03)00039-x

Bérut, A., Arakelyan, A., Petrosyan, A., Ciliberto, S., Dillenschneider, R., Lutz, E. (2012). Experimental verification of Landauer’s principle linking information and thermodynamics. Nature, 483 (7388), 187–189. doi: 10.1038/nature10872

Leff, H. S., Rex, A. F. (Eds.) (2002). Maxwell's Demon 2 Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. Bristol: Institute of Physics Publishing, 502. doi: 10.1201/9781420033991

Datta, S. (2007). Nanodevices and Maxwell's Demon. Purdue Universtiy, West Lafayette, USA, 18. Available at: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0704/0704.1623.pdf

Kruglyak, Yu. A. (2015). Nanoelectronics «bottom – up»: non-equillibrium green’s functions method, model transport problems and quantum interference. ScienceRise, 9/2 (14), 41–72. doi: 10.15587/2313-8416.2015.48827

Krugljak, Ju. O., Striha, M. V. (2014). Uroky nanoelektroniky: Kvantova interferencija i defazirovka v metodi nerivnovazhnyh funkcij Grina. Sensor Electronics Microsys. Tech., 11 (3), 5.

Kruglyak, Yu. A. (2015). «Bottom – up» nanoelectronics: the hall effects, measurement of electrochemical potentials and spin transport in the NEGF model. ScienceRise, 10/2 (15), 35–67. doi: 10.15587/2313-8416.2015.51353

Horodecki, R., Horodecki, P., Horodecki, M., Horodecki, K. (2009). Quantum entanglement. Reviews of Modern Physics, 81 (2), 865–942. doi: 10.1103/revmodphys.81.865

Friedman, J. R., Sarachik, M. P. (2010). Single-Molecule Nanomagnets. Annual Review of Condensed Matter Physics, 1 (1), 109–128. doi: 10.1146/annurev-conmatphys-070909-104053

Molecular Magnetism Web. A gate to molecular magnetism. Available at: http://www.molmag.de/

Fundamentals of Nanoelectronics, Part 2: Quantum Models. nanoHUB-U. Available at: http://nanohub.org/courses/FoN2

PurdueX. Free online courses from Purdue University. Available at: https://www.edx.org/school/purduex


Пристатейная библиография ГОСТ


1. Кругляк, Ю. А. Наноэлектроника «снизу – вверх»: Возникновение тока, обобщенный закон Ома, упругий резистор, моды проводимости, термоэлектричество [Текст] / Ю. А. Кругляк // ScienceRise. – 2015. – Т. 7, № 2 (12). – С. 76–100. doi: 10.15587/2313-8416.2015.45700

2. Кругляк, Ю. О. Уроки наноелектроніки. Роль електростатикі і контактів в концепції «знизу – вгору» [Текст] / Ю. О. Кругляк, М. В. Стріха // Sensor Electronics Microsys. Tech. – 2014. – Vol. 11, Issue 4. – P. 27–42.

3. Feynman, R. P. Statistical Mechanics [Text] / R. P. Feynman. – Benjamin, New York, 1972.

4. Кругляк, Ю. А. Перенос тепла фононами в транспортной модели Ландауэра – Датты – Лундстрома [Текст] / Ю. А. Кругляк // ScienceRise. – 2015. – Т. 2, № 2 (7). – С. 81–93. doi: 10.15587/2313-8416.2015.36332

5. Fock, V. Konfigurationsraum und zweite Quantelung [Text] / V. Fock // Zeitschrift for Physik. – 1932. – Vol. 75, Issue 9-10. – P. 622–647. doi: 10.1007/bf01344458

6. Kruglyak, Yu. A. Configuration interaction in the second quantization representation: basics with application up to full CI [Text] / Yu. A. Kruglyak // ScienceRise. – 2014. – Vol. 4, Issue 2 (4). – P. 98–115. doi: 10.15587/2313-8416.2014.28948

7. Kuprievich, V. A. Full configuration interaction for the benzyl radical [Text] / V. A. Kuprievich, Y. A. Kruglyak, E. V. Mozdor // International Journal of Quantum Chemistry. – 1970. – Vol. 4, Issue 1. – P. 73–87. doi: 10.1002/qua.560040107

8. Kuprievich, V. A. The Configuration Interaction Method in the Second Quantization Representation [Text] / V. A. Kuprievich, Yu. A. Kruglyak, E. V. Mozdor // Croat. Chem. Acta. – 1971. – Vol. 43. – P. 1–13.

9. Kruglyak, Yu. A. Study of the Electronic Structure of Radicals by the CI Method. 1. Matrix Elements of the Physical Value Operators [Text] / Yu. A. Kruglyak, E. V. Mozdor, V. A. Kuprievich // Croat. Chem. Acta. – 1971. – Vol. 43. – P. 15–23.

10. Kruglyak, Y. A. Study of the electronic structure of alternant radicals by the DODS method [Text] / Y. A. Kruglyak, I. I. Ukrainsky // International Journal of Quantum Chemistry. – 1970. – Vol. 4, Issue 1. – P. 57–72. doi: 10.1002/qua.560040106

11. Kruglyak, Yu. A. Quantum-chemical studies of quasi-one-dimensional electron systems. 1. Polyenes [Text] / Yu. A. Kruglyak // ScienceRise. – 2015. – Vol. 5, Issue 2 (10). – P. 69–105. doi: 10.15587/2313-8416.2015.42643

12. Kruglyak, Yu. A. Quantum-chemical studies of quasi-one-dimensional electron systems. Part 2. Cumulenes and origin of the forbidden zone [Text] / Yu. A. Kruglyak // ScienceRise. – 2015. – Vol. 6, Issue 2 (11). – P. 122–148. doi: 10.15587/2313-8416.2015.44540

13. Dill, K. A. Molecular Driving Forces: Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience [Text] / K. A. Dill, S. Bromberg. – 2nd Edition. – New York: Garland Science, 2010. – 778 p.

14. Salahuddin, S. An All Electrical Spin Detector [Text]: Sixth IEEE Conference on Nanotechnology / S. Salahuddin, S. Datta. – School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University, West Lafayette, 2006. – Vol. 2. – P. 834–837. doi: 10.1109/nano.2006.247788

15. Кругляк, Ю. А. Наноэлектроника «снизу – вверх»: Начало спинтроники и магнетроники [Текст] / Ю. А. Кругляк // ScienceRise. – 2015. – T. 8, № 2 (13). – С. 51–68. doi: 10.15587/2313-8416.2015.47792

16. Шеннон, К. Работы по теории информации и кибернетике [Текст] / К. Шеннон. – Москва: Изд-во ИЛ, 1963. – 824 с. – Режим доступа: http://www.novsu.ru/file/1086154

17. Волькенштейн, М. В. Энтропия и информация [Текст] / М. В. Волькенштейн. – Москва: Изд-во "Наука", 1986. – 192 с.

18. Landauer, R. Irreversibility and heat generation in the computing process [Text] / R. Landauer // IBM Journal of Research and Development. – 1961. – Vol. 5, Issue 3. – P. 183–191. doi: 10.1147/rd.53.0183

19. Bennett, C. H. Notes on Landauer's principle. Reversible Computation and Maxwell's Demon [Text] / C. H. Bennett // Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics. – 2003. – Vol. 34, Issue 3. – P. 501–510. doi: 10.1016/s1355-2198(03)00039-x

20. Bérut, A. Experimental verification of Landauer’s principle linking information and thermodynamics [Text] / A. Bérut, A. Arakelyan, A. Petrosyan, S. Ciliberto, R. Dillenschneider, E. Lutz // Nature. – 2012. – Vol. 483, Issue 7388. – P. 187–189. doi: 10.1038/nature10872

21. Maxwell's Demon 2 Entropy, Classical and Quantum Information, Computing [Text] / H. S. Leff, A. F. Rex (Eds.). – Bristol: Institute of Physics Publishing, 2002. – 502 p. doi: 10.1201/9781420033991

22. Datta, S. Nanodevices and Maxwell's Demon [Text] / S. Datta. – Purdue Universtiy, West Lafayette, USA, 2007. – 18 p. – Available at: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0704/0704.1623.pdf

23. Кругляк, Ю. А. Наноэлектроника «снизу – вверх»: Метод неравновесных функций Грина, модельные транспортные задачи и квантовая интерференция [Текст] / Ю. А. Кругляк // ScienceRise. – 2015. – Т. 9, № 2 (14). – С. 41–72. doi: 10.15587/2313-8416.2015.48827

24. Кругляк, Ю. О. Уроки наноелектроніки: Квантова інтерференція і дефазіровка в методі нерівноважних функцій Гріна [Текст] / Ю. О. Кругляк, М. В. Стріха // Sensor Electronics Microsys. Tech. – 2014. – Т. 11, № 3. – С. 5.

25. Кругляк, Ю. А. Наноэлектроника «снизу – вверх»: Эффекты Холла, измерение электрохимических потенциалов и транспорт спинов в модели НРФГ [Текст] / Ю. А. Кругляк // ScienceRise. – 2015. – Т. 10, № 2(15). – С. 35–67. doi: 10.15587/2313-8416.2015.51353

26. Horodecki, R. Quantum entanglement [Text] / R. Horodecki, P. Horodecki, M. Horodecki, K. Horodecki // Reviews of Modern Physics. – 2009. – Vol. 81, Issue 2. – P. 865–942. doi: 10.1103/revmodphys.81.865

27. Friedman J. R. Single-Molecule Nanomagnets [Text] / J. R. Friedman, M. P. Sarachik // Annual Review of Condensed Matter Physics. – 2010. – Vol. 1, Issue 1. – P. 109–128. doi: 10.1146/annurev-conmatphys-070909-104053

28. Molecular Magnetism Web [Electronic resource]. – A gate to molecular magnetism. – Available at: http://www.molmag.de/

29. Fundamentals of Nanoelectronics, Part 2: Quantum Models [Electronic resource]. – nanoHUB-U. – Available at: http://nanohub.org/courses/FoN2

30. PurdueX [Electronic resource]. – Free online courses from Purdue University. – Available at: https://www.edx.org/school/purduex







Copyright (c) 2015 Юрий Алексеевич Кругляк

Creative Commons License
Эта работа лицензирована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN 2313-8416 (Online), ISSN 2313-6286 (Print)