измерения с использованием туннельного тока между удлиненными проводниками

Формула изобретения

1. Устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, состоящее из пары протяженных электропроводников, пригодных для размещения на соответствующих элементах, и приспособления для позиционирования проводников со взаимным зазором и регулируемым относительным углом между ними так, чтобы при приложении разности электрических потенциалов между указанными проводниками возникал детектируемый квантовый туннельный ток, являющийся функцией указанного относительного угла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для юстировки относительного положения проводников в такое, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для юстировки содержит одну или более пьезоэлектрических подвижек.

4. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники выставлены в значительной степени в параллельное положение, причем упомянутый относительный угол является мерой разворота между проводниками.

5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники упорядочены в соответствующие решетки или массивы электропроводящих сегментов, а решетки или массивы являются встречными и наложены так, чтобы проводящие сегменты находились достаточно близко для получения детектируемого квантового туннельного тока.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой упомянутой решетки или массива в существенной степени параллельны, но выставлены под упомянутым относительным углом к проводящим сегментам другой решетки (решеток) или массива (массивов).

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой решетки или массива имеют параллельное электрическое соединение.

8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники имеют размеры порядка от микрона до нанометра.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат углеродные нанотрубки, или нанопроволоки, или микронные или субмикронные квазиодномерные проводники.

10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутые проводники связаны с вышеупомянутыми элементами, будучи встроенными в или на соответствующих изолирующих или полупроводящих подложках.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что упомянутые проводники встроены в соответствующие подложки заподлицо.

12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каждый упомянутый электропроводник размещен вдоль соответствующей атомной ступеньки на вицинальной поверхности, являющейся подложкой.

13. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат соответствующие сегменты цельного проводящего слоя на изолирующей или полупроводящей подложке.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что упомянутые сегменты разделены и/или покрыты мембраной или пленкой из изолирующего вещества.

15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутый зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-5,0 нм.

16. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутый зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-2,0 нм.

17. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутыми проводниками являются один или более проводящих сегментов длиной от 10^-6 до 10^-2 м.

18. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым взаимным зазором содержит разделительную пленку и приспособление для удержания указанной пленки.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что упомянутой разделительной пленкой служит пленка органического вещества, например органического растворителя.

20. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутым приспособлением для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым зазором служат опоры из нанотрубок или фуллеренов.

21. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что упомянутым положением и/или смещением является один или более поворотов или угловых смещений, вибрация, линейное расстояние или перемещение, ориентация или разориентация.

22. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанные протяженные электропроводники собраны в соответствующие упорядоченные решетки или массивы электропроводящих сегментов, причем точки пересечения соответствующих массивов образуют решетку рассеивающих электростатических колодцев.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что упомянутая решетка дополнительно содержит массив магнитных элементов, образующих решетку и создающих одномерные домены в или между упомянутыми точками пересечения.

24. Устройство по любому из пп.1-23, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для подачи упомянутой разности электрических потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения упомянутого квантового туннельного тока между проводниками.

25. Способ измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, включающий оснащение элементов соответствующими протяженными электропроводниками; размещение проводников со взаимным зазором и изменяемым относительным углом между ними и приложение к проводникам разности электрических потенциалов, такой, чтобы между проводниками имелся детектируемый квантовый туннельный ток, который является функцией упомянутого относительного угла, и детектирование и/или измерение упомянутого квантового туннельного тока.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что дополнительно включает юстировку относительных положений проводников для определения одного или более положений, в которых детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

27. Устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, содержащее соответствующие упорядоченные решетки или массивы протяженных электропроводящих сегментов, пригодные для размещения на соответствующих элементах, и приспособление для установки решеток или массивов во встречное наложенное положение со взаимным зазором, чтобы проводящие сегменты находились достаточно близко для возникновения детектируемого квантового туннельного тока между решетками или массивами при приложении разности электрических потенциалов между решетками или массивами.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для юстировки относительных положений решеток или массивов, чтобы определить такое положение, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

29. Устройство по п.27 или 28, отличающееся тем, что указанное приспособление для юстировки содержит одну или более пьезоэлектрических подвижек.

30. Устройство по пп.27, 28 или 29, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой упомянутой решетки или массива в основном параллельны, но выставлены под некоторым углом к проводящим сегментам другой решетки (решеток) или массива (массивов).

31. Устройство по любому из пп.27-30, отличающееся тем, что проводящие сегменты каждой решетки или массива имеют параллельное электрическое соединение.

32. Устройство по любому из пп.27-31, отличающееся тем, что указанные протяженные электропроводящие сегменты имеют размеры порядка микрона или нанометра.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что указанными протяженными электропроводящими сегментами служат углеродные нанотрубки, или нанопроволоки, или микронные или субмикронные квазиодномерные проводники.

34. Устройство по любому из пп.27-33, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для установки упомянутых решеток или массивов со взаимным зазором содержит разделительную пленку и приспособление для ее удержания.

35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что упомянутой разделительной пленкой служит пленка органического вещества, например органического растворителя.

36. Устройство по любому из пп.27-35, отличающееся тем, что упомянутым приспособлением для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым зазором служат опоры из нанотрубок или фуллеренов.

37. Устройство по любому из пп.27-36, отличающееся тем, что упомянутым измеряемым и/или контролируемым положением и/или смещением является один или более поворотов или угловых смещений, вибрация, линейное расстояние или перемещение, ориентация и разориентация.

38. Устройство по любому из пп.27-37, отличающееся тем, что точки пересечения соответствующих массивов формируют решетку рассеивающих электростатических колодцев.

39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что упомянутая решетка дополнительно содержит массив магнитных элементов, образующих решетку и создающих одномерные домены в или между упомянутыми точками пересечения.

40. Устройство по любому из пп.27-39, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для подачи упомянутой разности электрических потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения упомянутого квантового туннельного тока между упомянутыми решетками или массивами.

41. Устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, содержащее соответствующие упорядоченные массивы параллельных протяженных электропроводников, пригодные для размещения на соответствующих элементах, и приспособление для установки массивов со взаимным зазором так, чтобы электропроводники в массивах находились в существенно взаимно параллельном положении, чтобы в детектируемом квантовом туннельном токе, возникшем между проводниками при приложении к ним разности электрических потенциалов, при изменении относительного положения упомянутых элементов в латеральном направлении относительно упомянутых проводников появлялась серия пиков, служащая мерой упомянутого относительного положения или смещения.

42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для юстировки относительных положений проводников, чтобы определить такое положение, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

43. Устройство по п.42, отличающееся тем, что указанное приспособление для юстировки содержит одну или более пьезоэлектрических подвижек.

44. Устройство по пп.41, 42 или 43, отличающееся тем, что упомянутые протяженные электропроводники имеют размеры порядка микрона или нанометра.

45. Устройство по п.44, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат углеродные нанотрубки, или нанопроволоки, или микронные или субмикронные квазиодномерные проводники.

46. Устройство по любому из пп.41-45, отличающееся тем, что указанные проводники связаны с вышеупомянутыми элементами, будучи встроенными в или на изолирующих или полупроводящих подложках.

47. Устройство по п.46, отличающееся тем, что упомянутые проводники встроены в соответствующие подложки заподлицо.

48. Устройство по любому из пп.41-47, отличающееся тем, что каждый упомянутый электропроводник размещен вдоль соответствующей атомной ступеньки на вицинальной поверхности, являющейся подложкой.

49. Устройство по любому из пп.41-48, отличающееся тем, что упомянутыми протяженными электропроводниками служат сегменты цельного проводящего слоя на изолирующей или полупроводящей подложке.

50. Устройство по п.49, отличающееся тем, что упомянутые сегменты разделены и/или покрыты мембраной или пленкой из изолирующего вещества.

51. Устройство по любому из пп.41-50, отличающееся тем, что упомянутый взаимный зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-5,0 нм.

52. Устройство по любому из пп.41-51, отличающееся тем, что упомянутый взаимный зазор между встречными сегментами поверхности упомянутых электропроводников составляет 0,2-2,0 нм.

53. Устройство по любому из пп.41-52, отличающееся тем, что упомянутыми проводниками являются один или более проводящих сегментов длиной от 10^-6 до 10^-2 м.

54. Устройство по любому из пп.41-53, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым взаимным зазором содержит разделительную пленку и приспособление для удержания указанной пленки.

55. Устройство по п.54, отличающееся тем, что упомянутой разделительной пленкой служит пленка органического вещества, например органического растворителя.

56. Устройство по любому из пп.41-55, отличающееся тем, что упомянутым приспособлением для позиционирования упомянутых проводников с упомянутым взаимным зазором служат опоры из нанотрубок или фуллеренов.

57. Устройство по любому из пп.41-56, отличающееся тем, что упомянутым измеряемым и/или контролируемым положением и/или смещением является один или более поворотов или угловых смещений, вибрация, линейное расстояние или перемещение, ориентация или разориентация.

58. Устройство по любому из пп.41-57, отличающееся тем, что дополнительно содержит приспособление для подачи упомянутой разности электрических потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения квантового туннельного тока между упомянутыми проводниками.

59. Способ измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, заключающийся в оснащении элементов соответствующими упорядоченными решетками или массивами протяженных электропроводящих сегментов; приведении решеток или массивов во встречное наложенное положение со взаимным зазором, чтобы проводящие сегменты находились достаточно близко для возникновения детектируемого квантового туннельного тока между решетками или массивами при приложении разности электрических потенциалов между решетками или массивами, и детектировании и/или измерении упомянутого квантового туннельного тока.

60. Способ по п.59, отличающийся тем, что дополнительно включает юстировку относительных положений решеток или массивов, чтобы определить одно или более положений, при которых детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

61. Способ измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов, заключающийся в оснащении элементов соответствующими упорядоченными массивами параллельных продолговатых электропроводников; размещении массивов со взаимным зазором так, чтобы электропроводники в массивах выстраивались в существенной степени во взаимно параллельное положение, и приложении к проводникам разности электрических потенциалов, чтобы между проводниками возникал детектируемый квантовый туннельный ток, обнаруживающий серию пиков, которые служат мерой упомянутого относительного положения или смещения, и детектировании и/или измерении упомянутого квантового туннельного тока.

62. Способ по п.24, отличающийся тем, что дополнительно включает юстировку относительного положения массивов для определения одного или более положений, в которых детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

Приоритет по пунктам:

07.09.1998 по пп.1, 2, 4-12, 15, 21, 24-28, 30-33, 37, 40-42, 44-48, 51, 57-62;

14.12.1998 по пп.3, 16, 17, 29, 43, 52, 53;

07.09.1999 по пп.13, 14, 18-20, 22, 23, 34-36, 38. 39, 49, 50, 54-56.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Изобретение относится к точным измерениям и контролю близких относительных положений или малых смещений, например поворотов или угловых расстояний или смещений, вибраций, линейных расстояний или перемещений, ориентации или разориентации. Особенно, но не исключительно, интерес представляет измерение углов.

Предпосылки изобретения

Известные приборы для прецизионных измерений углов - это автоколлиматоры, дифракционные и редукционные системы. В автоколлиматорах измеряется угловое отклонение для последующего определения, например, прямолинейности, гладкости, прямоугольности и параллельности. В современных видах применяются источники света на лазерных диодах и делители пучка, и на окуляре оптической системы имеется микрометр для точного измерения углового смещения. Типичная точность составляет 0.2 угловой секунды при диапазоне измерений 160 угловых секунд.

В известном приборе типа гониометра пара радиальных решеток согласованно поворачивается с постоянной скоростью и сканируется парой считывающих головок. Одна из головок неподвижна, а другая перемещается по измеряемому углу. Относительный сдвиг фаз между двумя результирующими сигналами является показателем поворота подвижной считывающей головки относительно неподвижной. Достижимая точность составляет 0.1 угловой секунды.

Эти прототипы относительно дороги и обычно имеют довольно большие габариты. Часто они составляют ключевую часть другого научного прибора, такого как дифрактометр, в котором точность измерения угла определяет разрешение и качество прибора.

Точности угловых измерений посвящена работа Zhang et al. "Improving the Accuracy of Angle Measurement System with Optical Grating", Annals of the CIRP Vol.43, 1 (1994). В работе предлагается использовать поглощающие решетки с синусоидальной функцией пропускания и другие усовершенствования и сообщается о точности в 0.2 угловой секунды на приборе-прототипе.

Целью данного изобретения является повышение точности прецизионных измерений и контроля относительных положений или смещений, будь то угловые, линейные или иные, которая преимущественно лучше, чем достигнутая в известных устройствах и способах.

Краткое описание изобретения

В изобретении предлагается подход, совершенно отличный от предыдущих, и заявляется мониторинг за квантовым туннельным током между двумя близко расположенными электропроводниками, преимущественно наноразмерными. В предпочтительном варианте могут использоваться два массива ориентированных проводников, которыми предпочтительно могут служить углеродные нанотрубки.

В изобретении, соответственно, предлагается, во-первых, способ измерения и/или контроля относительного положения или перемещения двух элементов, состоящий в:

оснащении элементов протяженными электропроводниками;

размещении проводников преимущественно ориентированно с взаимным зазором и приложении разности электрических потенциалов, такой, чтобы имелся измеримый квантовый туннельный ток между проводниками; и

детектировании и/или измерении указанного квантового туннельного тока.

Предпочтительно, чтобы относительное положение проводников было выставлено таким, чтобы детектировался максимальный квантовый туннельный ток.

Во-вторых, в изобретении предлагается устройство для измерения и/или контроля относительного положения или смещения двух элементов. Устройство состоит из пары протяженных электропроводников, пригодных для размещения на соответствующих элементах, и приспособления для придания проводникам ориентированного взаимно параллельного положения с таким взаимным зазором, что при приложении разности электрических потенциалов между ними может возникать детектируемый квантовый туннельный ток.

Устройство может дополнительно включать в себя приспособление для подачи указанной разности потенциалов и приспособление для детектирования и/или измерения квантового туннельного тока между проводниками.

Преимущественно устройство дополнительно содержит приспособление для регулировки относительного положения проводников, чтобы определить положение, при котором детектируется максимальный квантовый туннельный ток.

Под положением или смещением понимается один или более поворотов или угловых расстояний, или смещений, вибрация, линейное удаление или перемещение, ориентация или разориентация.

Электропроводники преимущественно имеют толщину 1 мкм или менее, например, в одном или более вариантах толщина находится в диапазоне от наноразмерного до субмикронного. В последнем случае проводниками могут служить углеродные нанотрубки произвольной спиральности или радиуса, одно- или многостенные углеродные волокна или нанопроволоки. В ином случае проводниками могут быть, например, микронные или субмикронные квазиодномерные проводники. В некоторых вариантах проводники могут иметь длину 1 мм или менее.

Проводники могут быть связаны с вышеуказанными элементами посредством монтажа в или на изолирующей или полупроводниковой подложке, предпочтительно заподлицо с поверхностью подложки. Подложкой может быть, например, грань твердого тела или кристалла. Проводники могут быть размещены вдоль атомных ступенек на вицинальной поверхности.

Предпочтительно, чтобы электропроводники составляли упорядоченные решетки или массивы электропроводящих сегментов, соединенных преимущественно параллельно, например, единой токоведущей шиной, причем решетки или массивы являлись встречными и накладывались одна на другую так, чтобы проводящие сегменты располагались достаточно близко для получения детектируемого квантового туннельного тока.

Краткое описание чертежей

Теперь изобретение будет описано детальнее исключительно в примерах соответственно сопроводительным чертежам, среди которых:

фиг. 1 есть частное поперечное сечение первого варианта наноразмерного устройства по настоящему изобретению с проводниками, в основном, ориентированными, и электрическими соединениями, обозначенными схематически;

фиг. 2 показывает модификацию варианта по фиг.1, в которой проводники, в общем, перпендикулярны;

фиг. 3 аналогична фиг.1 для варианта, в котором используются проводники из множественных нанотрубок;

фиг.4 аналогична фиг.2 для модификации варианта, изображенного на фиг.3;

фиг. 5 представляет измененный вариант по фиг. 3, устроенный особым образом; и

фиг. 6 показывает вид, аналогичный фиг.1 и 3, более детального варианта изобретения, в котором использован протравленный проводящий поверхностный слой и пленка, нанесенная по методу Лэнгмюр-Блоджетт.

В варианте по фиг. 1 соответствующие наноразмерные протяженные электропроводящие проволочки 10, 11 с толщиной в диапазоне от наноразмерного до субмикронного вставлены заподлицо в соответствующие подложки 12, 13 из изолирующего вещества. В данном случае проволочки размещены в существенно ориентированном параллельном положении с зазором 18 между ними в интервале 0,2-5,0 нм так, что при приложении разности электрических потенциалов от источника напряжения 26 между проводниками имеется квантовый туннельный ток 100, достаточный для детектирования подходящей детектирующей схемой 27.

Подходящим методом для изготовления этого варианта является электронно-лучевая нанолитография, посредством которой на полупроводниковой подложке может быть сформирована ориентированная проводящая проволочка. Описание можно найти, например, в Wilkinson et al. "Electron Beam Nanolithography" в одной из статей главы "The Physics and Fabrication of Microstructures and Microdevices" (Kelly & Weisbuch, Spring-Verlag, 1986), где описывается и иллюстрируется набор параллельных проводящих проволок GaAs на полуизолирующей подложке. При практическом применении устройства подложки или пластины 12, 13 связаны или спарены с соответствующими элементами, чье смещение или положение необходимо измерить или контролировать.

Вообще говоря, туннельный ток 100 пропорционален произведению локальных плотностей состояний в паре примыкающих электродов (т.е. проводников) или, другими словами, сумме квадратов матричных элементов туннелирования между состояниями в обоих электродах. Он также является чувствительной функцией потенциала туннелирования и кривизны электрода. Кроме того, квантовый туннельный ток критическим образом зависит от расстояния между проводниками, так как квантовая волновая функция спадает экспоненциально извне поверхности проводника и детектируемый ток будет функцией относительного угла между парой перекрещивающихся нанотрубок. В изобретении используется преимущество вышеупомянутой экспоненциальности и угловой зависимости в том, что детектируемое значение туннельного тока 100 будет резко изменяться, когда встречные сегменты продольной поверхности проводников расходятся при увеличении вращательной и/или продольной разориентации или наоборот.

В частности, подходящие волновые функции Шредингера для зазора 18 найдены в Kiejna & Wojciechowski "Metal Surface Electron Physics", Pergamon (1996). Из анализа волновых функций можно показать, что квантовый туннельный ток критическим образом зависит от расстояния между проводниками, потому что квантовая волновая функция экспоненциально спадает извне поверхности проводника, и детектируемый ток будет также функцией относительного угла между парой перекрещивающихся нанопроводников.

Наиболее подходящим зазором 18 между ориентированными встречными сегментами поверхности проводников полагается 0,2-5,0 нм, предпочтительно 0,2-2,0 нм.

Сегменты проводников могут быть любой длины, при которой их можно практически разместить и сориентировать на подложке, а также иметь присоединенными подводящие контактные провода, например, длиной в диапазоне от 1 мкм до 10^-2 м.

Зазор 18 может быть вакуумным или заполненным подходящей средой. Пригодным приспособлением для точного поддержания зазора 18 являются фуллереновые (С₆₀) наноопоры 20, 22 или разделительная пленка из органического вещества, предпочтительно органической смазки, например циклогексана (детально описывается ниже). Последний полагается особенно эффективным средством для точного поддержания параллельности тонкого зазора.

Приспособление для ориентации может содержать пьезоэлектрические подвижки известного типа, пригодные для юстировки на наноразмерном уровне.

Вышеупомянутый эффект еще более усиливается, если проводники являются цилиндрическими, как углеродные нанотрубки. В случае решеток или массивов, если проводящие сегменты соединены параллельно будет иметь место эффект усиления и это облегчит измерение тока. Однако, если линии подключены независимо, решетки, формирующие сэндвич, могут работать как двумерные массивы точечных "конденсаторов", которые можно включать и выключать независимо, формируя ячеистый массив туннельных колодцев.

Туннельный ток 100 будет обнаруживать минимумы в одном или более положениях в зависимости от геометрического коэффициента (отношения длины к интервалу между проводящими сегментами) и максимумы, если проводящие сегменты двух решеток/массивов точно ориентированы.

На фиг. 3 показан другой вариант, в котором электропроводниками служат многочисленные параллельные нанотрубки 10а, 10b, 10с, 11а, 11b, 11с, осажденные на подложки 12", 13" из изолирующего вещества.

Способы приготовления набора ориентированных нанотрубок на подложке описаны, например, в Chauvet et al., Physical Review В, 52, 52 (1995); de Heer et al. , Science 268, 845 (1995) and Kiang et al., Carbon 33, 903-914 (1995).

Свойства одностенных нанотрубок описываются, например, в Iijima, Nature 354, 56-58 (1991) and Iijima et al. Nature 363, 603-605 (1993). Описание углеродных нанотрубок различного типа приведено также в Ostling et al., Physical Review В, 55, 55 (1997).

Особым способом изготовления решетки параллельных проводящих сегментов, пригодным для настоящего изобретения, является эпитаксиальное осаждение нанотрубок или других наноразмерных проводников на атомных ступеньках вицинальной поверхности, полученной срезанием кристалла под некоторым углом к базовой плоскости. Интервал между проводящими сегментами может быть регулярным или нерегулярным, но преимущественно является параллельным. На фиг.5 показана модификация варианта по фиг. 3, в которой нанотрубки осаждены этим способом на последовательных атомных ступеньках 14, 15 ступенчатой вицинальной поверхности.

Фиг. 2 и 4 иллюстрируют варианты, в которых массивы проводников микронного, субмикронного или наноразмерного порядка, не являющихся нанотрубками, устроены так, что проводники 210 одного массива в или на подложке 212 расположены преимущественно под прямыми углами к проводникам 211 другого массива в или на подложке 213. Вместо перпендикулярного угловое расположение может иметь некоторый иной угол, например, для формирования двумерной решетки алмазного или ромбоидального типа. В одном из практических воплощений такой конструкции преимущественно с большим количеством проводящих дорожек набор точек пересечения 250 образует искусственную рассеивающую решетку, способную рассеивать пучок атомов, направленный параллельно слоистой структуре в промежуток 218 между массивами проводников. Если каждая дорожка имеет независимое электрическое подключение, т.е. электрическое соединение не параллельно, образуется пространственно ячеистый массив, который является аналогом двумерной игры "шарик между штырьками" для атомов между заданными рассеивающими центрами.

В одной из модификаций рассеивающей решетки она может дополнительно содержать массив магнитных элементов, образующих решетку и создающих одномерные домены в или между точками пересечения.

На фиг. 6 показан еще один вариант, в котором каждая подложка 312, 313 является атомно-гладкой свежесколотой слюдой, а проводники 310, 311 сформированы травлением поверхностной пленки 330, 331 золота с последующим заполнением щелевидных канавок молекулярным монослоем посредством процесса Ленгмюр-Блоджетт. Два массива могут быть отделены, как и прежде, циклогексаном или другой подходящей органической смазывающей пленкой 318, поддерживаемой термоусаживающейся оболочкой 340.

Проиллюстрированные устройства являются эффективными электромеханическими наноприборами. С другой стороны, они могут применяться для измерения углов, углов поворота, угловой скорости и ориентации или разориентации на микроскопическом и макроскопическом уровне. Угловая скорость может быть измерена, например, посредством подсчета числа максимумов тока в единицу времени. Полагается, что точность имеет порядок 0.01 угловой секунды в рабочем угловом диапазоне 20^o или около того.

С другой стороны, описанные устройства могут быть использованы для измерения или контроля относительного положения или линейного перемещения. Если одна из подложек в вариантах по фиг.3, 5 и 6 перемещается относительно другой, будет наблюдаться серия очень острых пиков туннельного тока 100. Расстояние, пройденное в поперечном направлении, будет определяться числом наблюдаемых пиков, умноженным на интервал между соседними проводниками; разрешение будет порядка ширины проводников, т.е. около 20 нм при ныне доступной нанолитографии и около 1,0-3,0 нм при использовании нанотрубок.

При контроле или измерении вибрации, например, в сейсмографе вклад будут давать эффекты как вращения, так и линейного перемещения.