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Coupled quantum-dot devices based on the reaction-diffusion dynamics

基于反应扩散动力学的耦合量子点器件

基本信息

批准号：
16360162
负责人：
AMEMIYA Yoshihito
金额：
$ 9.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16360162/
关键词：
reaction-diffusion system quantum nano single electron nonlinear oscillation dissipative structure pattern self organization dynamics of life

项目摘要

In this work, we proposed a quantum-dot device that imitated the dynamics of reaction-diffusion systems. A reaction-diffusion system (RD system) is a chemical system where chemical reactions and material diffusion coexist in a nonequilibrium state. There are various RD systems in nature, and a variety of dynamic, self-organizing natural phenomena can be explained using the concept of RD dynamics. Constructing an electrical analog of reaction-diffusion systems will enable us to generate artificial biodynamics on a LSI chip and develop bioinspired information-processing systems.We proposed constructing an electrical analog of RD systems, i.e., an electrical RD system consisting of quantum-dot circuits. An RD system can be considered an aggregate of chemical nonlinear oscillators interacting with one another, so we can construct electrical RD systems by using electrical oscillators instead of chemical ones. We used, as the electrical oscillator, a quantum-dot circuit that produced nonlinear oscillation caused by the Coulomb blockade phenomenon. The action of diffusion in RD systems can be imitated by capacitive coupling between the oscillators. By arranging coupled oscillators into a network, we designed a quantum-dot RD system. We showed through computer simulation that the system produced electrical dissipative structures, or animated spatiotemporal patterns of node potential in the circuit, which was a characteristic similar to that in chemical RD systems.

在这项工作中，我们提出了一个量子点设备，模仿反应扩散系统的动力学。反应扩散系统（RD系统）是化学反应和物质扩散共存于非平衡状态的化学系统。自然界中存在着各种RD系统，各种动态的、自组织的自然现象都可以用RD动力学的概念来解释。构建反应扩散系统的电模拟将使我们能够在LSI芯片上生成人工生物动力学并开发生物启发的信息处理系统。我们提出构建RD系统的电模拟，即，由量子点电路组成的电RD系统。RD系统可以看作是一系列相互作用的化学非线性振子的集合，因此我们可以用电振子代替化学振子来构造电RD系统。我们使用的电振荡器，量子点电路产生的库仑阻塞现象引起的非线性振荡。RD系统中的扩散作用可以通过振荡器之间的电容耦合来模仿。通过将耦合振荡器排列成网络，我们设计了一个量子点RD系统。我们通过计算机模拟表明，该系统产生的电耗散结构，或动画的节点电位在电路中的时空模式，这是一个类似于化学RD系统的特性。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A quadrilateral-object composer for binary images with reaction-diffusion cellular automata

具有反应扩散元胞自动机的二值图像四边形对象合成器

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems vol.20 no.1
影响因子：
0
作者：
T.Ito;M.Maeda;K.Nakamura;H.Kato;Y.Ohki;Asai T.
通讯作者：
Asai T.

Analog reaction-diffusion chip imitating the Belousov-Zhabotinsky reaction with Hardware Oregonator Model

使用硬件 Oregonator 模型模拟 Belousov-Zhabotinsky 反应的模拟反应扩散芯片