(57)【要約】【課題】【解決手段】電磁波若しくは原子、イオン、分子又は荷電粒子等の粒子のビームを操作又は修正する装置であって、該装置はマイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークを含み、該クロスバーネットワークは、該電磁波又は該ビームの粒子についてそれぞれの散乱点を規定する複数の交差接合点を有している。該クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータは、該波又はビームが、原子ビーム回折格子として構成された導電体クロスバーネットワーク（１０）に所定の方向にて入射した場合に、該波又はビームの所望の操作又は修正が得られるように、選択的に調節可能である。原子ビームの波の伝播の方向は矢印（１５）によって示されている。原子ビームは、クロスバーネットワーク（１０）によって規定された散乱点（２０）からなる格子の格子空間の大きさのオーダーのドブロイ波長を有する波の挙動を示す為に十分減速されており、その格子により回折されて、下流画像面（３０）上に回折パターンが形成される。このようにして、入射ビーム（１５）は、クロスバーネットワーク（１０）により操作又は修正され、それにより、入射ビーム（１５）に対して操作又は修正されたビームがネットワークから出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波若しくは原子、イオン、分子又は荷電粒子等の粒子のビームを操作又は修正する装置であって、前記装置はマイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークを含み、前記クロスバーネットワークは、前記電磁波又は前記ビームの粒子についてそれぞれの散乱点を規定する複数の交差接合点を有し、
前記クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータは、前記波又はビームが所定の方向にて前記ネットワークに入射した場合に、前記波又はビームの所望の操作又は修正が得られるように、選択的に調節可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記導電体は、任意の適切な断面を有する平板な帯又はワイヤであり、基板上に支持されている
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記クロスバーネットワークの前記導電体は、１ナノメートル〜３００ミクロンの範囲の幅を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記導電体はそれぞれ間隔を空けて設けられた層内に配置され、前記層の各々は、例えばそれぞれの基板上に複数の略平行な導電体からなる１組の導電体を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
各層内における前記導電体間の間隔（ピッチ）は、中心から中心までの距離が１ナノメートル〜５００ミクロンの範囲であり、層間の間隔は、対向する導電体面の間の距離が、例えば、０．５ナノメートル〜２００ミクロンの範囲である
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記導電体は、通常、各組毎に、それぞれの絶縁基板又は半導体基板内若しくは基板上に支持されている
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記導電体は、任意のヘリシティ又は半径の、１つ又は複数の壁を有するカーボンナノチューブである
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記クロスバーネットワークの前記交差接合部のいくつか又は全てにコネクタ素子が設けられている
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
隣接する層の間隔は任意の適切な様態で決定及び規定され、いくつかの場合においては、前記クロスバーネットワークの前記コネクタ素子の存在及び性質に基づいて決定及び規定される
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記それぞれの導電体層を支持する基板の間の間隙は、少なくとも部分的に真空である
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
適切な媒質で充填されている
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記間隙を正確に維持する構成は、バッキーボール(C60)のナノベアリング又はナノチューブの使用を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記間隙を正確に維持する構成は、有機媒質、好適には有機液体、例えばシクロヘキサン又は柔軟物質のスペーサ、例えば自己組織モノレイヤ（Self Assembled Monolayers (SAMs)）からなる分離膜の挿入を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記装置は、前記ネットワークの前記少なくとも１つの構造パラメータを選択的に調節する手段を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
調節可能なパラメータは、（相対的に前記層を回転させることによって調節される）前記ワイヤのそれぞれの層における平行な導電体の配列の間の角度、（個々の導電体に印加される電位を変化させることによって調節される）各独立した交差点における電位差、又は前記ネットワークの前記交差接合部によって規定される散乱点の実際の構成を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
調節可能なパラメータは、前記導電体の隣接する層の間の間隔を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記調節可能なパラメータの選択的調節は、空間パラメータである場合、ナノ電子機械システム又はマイクロ電子機械システム（NEMS又はMEMS）を形成する機械式調整手段によって行われる
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記調整手段は、ナノメートル又はマイクロメートル尺の寸法で調整を行うのに適した公知のタイプの圧電アクチュエータを含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記装置は入射電磁波又は粒子ビームに対する回折格子であり、前記回折格子は、前記入射電磁波又は粒子ビームを複数の平行な下位ビーム、つまり回折パターン出力に分割する
ことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記導電体クロスバーネットワークは、正の電荷から負の電荷へ振動するような、前記電場の振動印加電位を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置において、
前記電場の振動印加電位の周波数は、荷電粒子の入来ビームのダイナミクス（質量、電荷、速度）並びにグリッドの形状特性（空間範囲、ライン間の間隔、面間の間隔）に応じて決定される
ことを特徴とする装置。
【請求項２２】
電磁波若しくは原子、イオン、分子又は荷電粒子等の粒子のビームを操作又は修正する方法であって、
前記方法は、前記ビームを入射ビームとして所定の方向にてマイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークへと差し向ける工程を包含し、
前記ネットワークは、前記ビームの粒子についてそれぞれの散乱点を規定する複数の交差接合点を有し、且つ、前記クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータが前記電磁波又はビームの所望の操作又は修正が得られるように選択的に調節可能となるように配置されており、
そのことにより、入射電磁波又はビームに対して修正又は操作されたビームがネットワークから出力される
ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記導電体は、任意の適切な断面を有する平板な帯又はワイヤであり、基板上に支持されている
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記ビームを差し向ける工程の前に、前記入射ビームに対して前記クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータを調節することによって前記クロスバーネットワークを調節する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
１ナノメートル〜３００ミクロンの範囲の幅を有する前記クロスバーネットワークの前記導電体を用いる工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
それぞれ間隔を空けて設けられた層内に前記導電体を配置する工程であって、前記層の各々が例えばそれぞれの基板上に複数の略平行な導電体からなる１組の導電体を有する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
各層内における前記導電体間の間隔は、中心から中心までの距離が１ナノメートル〜５００ミクロンの範囲であり、層間の間隔は、対向する導電体面の間の距離が、例えば、０．５ナノメートル〜２００ミクロンの範囲である
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記導電体は、通常、各組毎に、それぞれの絶縁基板又は半導体基板内若しくは基板上に支持されている
ことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
所与のアプリケーションにおいて、前記導電体は、任意のヘリシティ又は半径の、１つ又は複数の壁を有するカーボンナノチューブである
ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記クロスバーネットワークの前記交差接合部のいくつか又は全てにコネクタ素子を設ける工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
隣接する層の間隔は任意の適切な様態で決定及び規定され、いくつかの場合においては、前記クロスバーネットワークの前記コネクタ素子の存在及び性質に基づいて決定及び規定され、前記それぞれの導電体層を支持する基板の間の間隙は、少なくとも部分的に真空であるか又は適切な媒質が充填されている
ことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
バッキーボール(C60)のナノベアリング又はナノチューブを用いて前記間隙を正確に維持する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
有機媒質、好適には有機液体、例えばシクロヘキサン又は柔軟物質のスペーサ、例えば自己組織モノレイヤ（Self Assembled Monolayers (SAMs)）からなる分離膜を挿入する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記ネットワークの前記少なくとも１つの構造パラメータを選択的に調節する手段を提供する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
より容易に調節可能なパラメータのうちの１以上のパラメータを調節する工程を包含し、
前記調節可能なパラメータは、（相対的に前記層を回転させることによって調節される）前記ワイヤのそれぞれの層における平行な導電体の配列の間の角度、（個々の導電体に印加される電位を変化させることによって調節される）各独立した交差点における電位差、又は「生きている」導電体の構成を変更すること若しくは前記導電体の隣接する層の間の間隔を含む調節が比較的難しいパラメータを調節することによって調節される、前記ネットワークの前記交差接合部によって規定される散乱点の実際の構成を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記調節可能なパラメータが空間パラメータである場合に、ナノ又はマイクロの電子機械システム（NEMS又はMEMS）を形成する機械式調整手段によって、前記調節可能なパラメータの選択的調節を行う工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
入射粒子ビームに対する回折格子を用いて、前記粒子ビームを複数の平行な下位ビーム、つまり回折パターン出力に分割する
ことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項２２に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記導電体クロスバーネットワークに、正の電荷から負の電荷へ振動するように、前記電場の反対の振動印加電位を印加する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法において、
前記電場の振動印加電位の周波数は、荷電粒子の入来ビームのダイナミクス（質量、電荷、速度）並びにグリッドの形状特性（空間範囲、ライン間の間隔、面間の間隔）に応じて決定される
ことを特徴とする方法。
【請求項４０】
図面を参照しつつ明細書中にて実質的に説明した、電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法。
【請求項４１】
図面を参照しつつ明細書中にて実質的に説明した、電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、粒子光学及び導波路の技術分野に関し、具体的には、粒子及び電磁波のビームを、その波特性に影響を及ぼすことによって修正又は操作するデバイスに関する。対象とする粒子は、原子、イオン分子、及び電子等の荷電粒子を含む。企図するビームの操作又は修正は、変調、チューニング、回折、変更及びビームスプリッティングを含む。特に対象とするアプリケーションは、電磁導波路及び原子光学を含み、具体的には、原子、分子及びアイソトープの可調回折式分光法並びにその関連機器、電磁波の操作、シンクロトロン光学、並びにナノ製造の分野における非リソグラフィー式堆積法及びパターニングを含む。
【背景技術】
【０００２】
原子光学は、ドブロイ波長が制御可能なナノメートル尺の寸法となるように十分に減速された原子のビームを提供するというコンセプトに基づく。目下の課題は、原子、イオン、分子又は荷電粒子のビームがその波様特性に対して有効に使用されることを可能にする適切な光学デバイスを開発することである。
【０００３】
例えば、原子レンズを間に配置することにより、拡散光源からの原子のビームを、ナノメートル寸法のライン及びドットからなるアレイに収束させることが出来る。これは、ナノ製造の新規な形態として適用可能な技術である。そのような開発は、次に挙げる文献に記載されている。RJ.. Celotta, R. Gupta, R.E. Scholten and JJ. McClelland, in "Nanostructure fabrication via laser focused atomic deposition", J. Appl. Phys. 79 (80, 15 April 1996a; JJ. McClelland and RJ Celotta, in "Laser-Focused Atomic Deposition - Nanofabrication via Atom Optics", pre-print, NIST;  JJ. McClelland, "Nanofabrication via Atom Optics" in Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology, Vol. 1, 335-385 (2000); M.R. Walkiewicz, "Manipulation of Atoms Using Laser Light", PhD Thesis, University of Melbourne, (2000) 222p.' JJ, McClelland, William R. Anderson, Curtis C. Bradley, Mirek Walkiewicz, Robert J. Celotta, Erich Jurdik and Richard D. Deslattes, "Accuracy of nanoscale pitch standards fabricated by laser-focused atomic deposition" NIST Journal of Research 108(2), 99-113 (2003) 2/14/2003。NISTの研究者は原子遷移(atomic transition)近傍となるように調節されたレーザ光を用いて、原子のビームを３０ナノメートル程度の小さなサイズのドットからなるアレイに収束させる原子レンズのアレイを形成した。
【０００４】
本発明の目的は、電磁導波路及び粒子光学の分野において、最終的にはナノ製造の分野における粒子ビームの操作において、有用なデバイスを提供することである。
【０００５】
本発明は、ナノ技術の他の分野において公知の構造を借用し、本発明の目的にあわせて改変及び展開する。この公知の構造は、マイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークであり、ずれ又は振動測定システム（国際特許公報WO 00/14476）、メモリシステム（米国特許第6,128,019号）及びデマルチプレクサ（米国特許第6,256,767号）を含む文脈の範囲内で既に説明されている。
【０００６】
マイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークは、２つの独立した基板からなる１組の基板含み、各基板は、基板上に形成され且つ基板上を平行に延びるラインからなるアレイとして拡がっているマイクロワイヤ又はナノワイヤ（導電体）からなる２次元アレイを有する。これら２つの基板は、適切な距離を空けて離れている。２つの基板上に設けられた平行なマイクロ導電体又はナノ導電体からなる互いに向かい合うアレイは、互いに対して任意の角度であり得るが、アプリケーションによっては特に、アレイは直角である。したがって、クロスバーネットワークは、マイクロスケール又はナノスケールのデバイスの２次元アレイからなり、各デバイスは、交差点又は接合部を含む。この部分において、１対の間隔を空けて設けられた導電体は、交差するが互いに接触はしていない。各接合部は、状態（例えば、容量又は量子トンネル電流コンダクタンス(quantum tunneling current conductance)）を有し、この状態は、接合部において交差するそれぞれの導電体間に電圧を印加することによって変更可能である。
【０００７】
上記米国特許の最も重要な特徴は、電子ドナーブリッジアクセプタ(donor-bridge-acceptor (DBA))分子接合部（分子スイッチ）を形成するコネクタ素子を各交差点に設けた点にある。国際特許公報WO 00/14476は、特定のコネクタ素子を含まず、それらを必要ともしないが、その代わりに、交差点における量子トンネル電流に対する感度に依存しており、１組の交差点が、サンドイッチ構造に対して平行な向きの電磁波又は原子のビームを導電体層間の空間内で散乱させるのに有効な人工散乱格子をどのようにして形成するかを開示している。各導電体は、独立して電気的に接続され得る。つまり、導電体は共通のバイアスを有さない。所定の散乱中心を有する、波又は原子に対する２次元「ピンボールゲーム」の類似体であるピクセル化されたアレイが存在する。このコンセプトは、現在のアプリケーションにおいて更に開発され、より大きな寸法を包含するように拡大される。
【０００８】
上記特許公報及び特許を参照したが、全体か一部かに関わらずそれらの内容が共通の一般的知識であると認めていると解釈されるものではない。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、電磁波若しくは原子、イオン、分子又は荷電粒子等の粒子のビームを操作又は修正する装置を提供する。該装置は、マイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークを含み、該クロスバーネットワークは、該ビームの粒子についてそれぞれの散乱点を規定する複数の交差接合点を有する。該クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータは、該ビームが所定の方向にて該ネットワークに入射した場合に該ビームの所望の操作又は修正が得られるように、選択的に調節可能である。
【００１０】
本発明はまた、電磁波若しくは原子、イオン、分子又は荷電粒子等の粒子のビームを操作又は修正する方法を提供する。該方法は、該ビームを入射ビームとして所定の方向にてマイクロ導電体クロスバーネットワーク又はナノ導電体クロスバーネットワークへと差し向ける工程を包含している。該ネットワークは、該ビームの粒子についてそれぞれの散乱点を規定する複数の交差接合点を有し、且つ、該クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータが該電磁波又はビームの所望の操作又は修正が得られるように選択的に調節可能となるように配置されており、そのことにより、入射ビームに対して修正又は操作されたビームがネットワークから出力される。
【００１１】
本明細書の文脈において、マイクロ導電体又はナノ導電体への言及は、導電体がミクロン〜ナノメートルの範囲の幅を有することを示すものである。
【００１２】
上記導電体は、利便性を考慮すると、任意の適切な断面を有する平板な帯又はワイヤであり得、通常基板上に支持され得る。
【００１３】
上記方法は、好適には、上記の如くビームを差し向ける工程の前に、上記入射ビームに対して上記クロスバーネットワークの少なくとも１つの構造パラメータを調節することによって上記クロスバーネットワークを調節する工程を包含する。
【００１４】
前記クロスバーネットワークの上記導電体は、１ナノメートル〜３００ミクロンの範囲の幅を有するのが望ましい。好適には、上記導電体はそれぞれ間隔を空けて設けられた層内に配置され、上記層の各々は、例えばそれぞれの基板上に複数の略平行な導電体からなる１組の導電体を有する。各層内における上記導電体間の間隔に絶縁ストリップを加えた距離（ピッチ）は、１ナノメートル〜５００ミクロンの範囲であり、層間の間隔は、対向する導電体面の間の距離が例えば０．５ナノメートル〜２００ミクロンの範囲である。
【００１５】
上記導電体は、通常、各組毎に、それぞれの絶縁基板又は半導体基板内若しくは基板上に支持され得る。
【００１６】
所与のアプリケーションにおいて、上記導電体は、任意のヘリシティ又は半径の、１つ又は複数の壁を有するカーボンナノチューブであり得る。
【００１７】
１つ又は複数の具体的な実施形態において、上記クロスバーネットワークの上記交差接合部のいくつか又は全てにコネクタ素子が設けられ得る。
【００１８】
隣接する層の間隔は任意の適切な様態で決定及び規定され得、いくつかの場合においては、上記クロスバーネットワークの上記コネクタ素子の存在及び性質に基づいて決定及び規定され得る。例えば、上記それぞれの導電体層を支持する基板の間の間隙は、少なくとも部分的に真空であり得るか又は適切な媒質で充填され得る。上記間隙を正確に維持するのに適した構成は、バッキーボール(C60)のナノベアリング又はナノチューブの使用、若しくは、有機媒質、好適には有機液体、例えばシクロヘキサン又は柔軟物質のスペーサ、例えば自己組織モノレイヤ（Self Assembled Monolayers (SAMs)）からなる分離膜の挿入を含む。
【００１９】
上記装置は、好適には、上記ネットワークの上記少なくとも１つの構造パラメータを選択的に調節する手段を含む。より容易に調節可能なパラメータは、（相対的に上記層を回転させることによって調節される）上記ワイヤのそれぞれの層における平行な導電体の配列の間の角度、（個々の導電体に印加される電位を変化させることによって調節される）各独立した交差点における電位差、又は（「生きている」導電体の構成を変更することによって調節される（図２参照））上記ネットワークの上記交差接合部によって規定される散乱点の実際の構成を含む。調節が比較的容易でないパラメータは、導電体の隣接する層の間の空間を含む。
【００２０】
上記調節可能なパラメータの選択的調節は、空間パラメータである場合、ナノ電子機械システム又はマイクロ電子機械システム（NEMS又はMEMS）を形成する機械式調整手段によって行われ得る。例えば、上記調整手段は、ナノメートル又はマイクロメートル尺の寸法で調整を行うのに適した公知のタイプの圧電アクチュエータを含み得る。
【００２１】
調節は、導電体電位などの変数に対して予めプログラムされた調節又はリアルタイムでの修正を行うことにより、電気的手段及び計算手段によっても達成され得る。
【００２２】
あるアプリケーションにおいて、上記装置は入射粒子ビームに対する回折格子であり、上記回折格子は、上記入射電磁波又は粒子ビームを複数の平行な下位ビーム、つまり回折パターン出力に分割する。
【００２３】
荷電粒子がグリッドを通過する為に、固定された偏向、つまりグリッド間の電圧が一定の場合、電荷は場全体においてドリフトし、２つのグリッドの面から逆極性に帯電したグリッドへと偏向されることに留意されたい。荷電粒子全体が偏向を「感じ」得ないように相殺する為に、デバイスは正の電荷から負の電荷へ振動するような電位を有し得る。上記電場の振動印加電位の周波数は、荷電粒子の入来ビームのダイナミクス（質量、電荷、速度）並びにグリッドの形状特性（空間範囲、ライン間の間隔、面間の間隔）に依存する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明をより容易に理解する為、例示のみを目的として、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図面を参照すると、図１には本発明の一実施形態が示されている。図１は、原子ビーム散乱格子として構成された導電体クロスバーネットワーク１０の非常に単純化した図である。原子ビームの波の伝播の方向は矢印１５によって示されている。原子ビームは、クロスバーネットワーク１０によって規定された散乱点２０からなる格子の格子空間の大きさのオーダーのドブロイ波長を有する波の挙動を示す為に十分減速されており、その格子により回折されて、下流画像面３０上に回折パターンが形成される。このようにして、入射ビーム１５は、クロスバーネットワーク１０により操作又は修正され、それにより、入射ビーム１５に対して操作又は修正されたビームがネットワークから出力される。
【００２６】
クロスバーネットワーク１０は、細長の導電体１６，１７からなる互いに空間を空けて設けられた層１２，１３を含む。導電体１６，１７は、通常、それぞれの絶縁基板又は半導体基板内若しくは基板上に設けられる。
【００２７】
クロスバーネットワーク１０を形成する為の、当業者に周知で且つ当業者に理解されるさまざまな技術が存在する。
【００２８】
各層において、導電体１６，１７は平行であり、２つの導電体アレイは互いに対して９０°で延びており、複数の交差点又はノード２５が規定されている。それにより、ノード２５は交差接合部を形成する。この交差接合部において、１組の導電体が接続された場合、その結果得られる電場が、電位勾配の散乱場パターン内に散乱点２０を規定する。
【００２９】
実際のナノ製造のアプリケーションにおいて、画像面３０は基板であり得、この基板上に、ビーム１５の原子が、原子ビームとクロスバーネットワークとの間の相互作用によって生成される散乱パターンを構成する所定のパターンで照射される。ある変形例においては、１組のシャッターが、クロスバーネットワークと画像面３０（ｘ方向及びｙ方向に移動可能）との間に垂直に配置され得る。
【００３０】
通常、各導電体１６，１７は、独立した電気接続を有し、各平面層の各導電体に別個の電位が独立して印加され得る。これはクロスバーネットワークの通常の特徴である。このようにして、各ノード２５は個別に特徴付けられ得、ネットワークは、「オン」であり、したがって散乱点として機能する交差点の実際のアレイを変更することによって調節され得る。格子スペーシングパラメータ又は格子定数並びに散乱点の構成は、それにより変更され、ネットワーク１０の可調パラメータを構成する。図２の第１の構成において、１つおきに「水平」導電体をオフに切り換えることによって正方形の導電体アレイから矩形の格子が形成する例が提供される。さらに、交差接合点における電圧バイアスの大きさを変えることによって、格子形成係数（又は散乱「原子係数」）が変更され得る。
【００３１】
導電体層１２，１３が、それぞれの基板を互いに相対的に近づけたり離したり若しくは相対的に回転させたりできる構造体に独立して設けられた場合、それぞれの物理パラメータは、他の方法で散乱パターンを変更するように調節され得る。例えば、図２の第２の構成において、どのようにして、一方の基板を回転して一方の面状の導電体アレイが他方のアレイ上に設けられるようにすることだけで、正方形のネットワーク又は格子を菱形のネットワーク又は格子に変換するかを示している。
【００３２】
導電体層１２，１３の間隔は、好適には、０．５ナノメートル〜２００ミクロンの範囲である。間隔が約１０〜１５ナノメートル未満である場合、量子トンネル効果が優勢になる必要があり、交差接合部又はノード２５において観察され、ノードが散乱点になるメカニズムに寄与するか又はそのメカニズムを構成する。間隔が大きくなると、交差点は、規定された電場パターンの容量を形成する。
【００３３】
説明したデバイスについてパラメータ空間の計算及び数値分析を行うことにより、特定のアプリケーションに対して最適化された解決方法を提供することができる。特に、最適な所望のパフォーマンスを実現する為に、上で説明したものの中から選択された可変パラメータについて、デバイスのジオメトリ的２次元構造を数値的に計算し、リアルタイムでそれぞれ調節又は変調することが出来る。
【００３４】
企図されたアプリケーションは、粒子ビームを用いたナノ製造及びパターニング、原子書き込み及び堆積、ビームスプリッタ、原子、アイソトープ及び分子の分光法、比重計及び他の器機を含むが、これらに限定されない。
【００３５】
本明細書に開示され且つ規定された本発明は、本文又は図面に記載された若しくは本文又は図面から明らかな特徴のうちの２以上の特徴の全ての置換可能な組み合わせに及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明による電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置の模式図である。
【図２】図２は、変更されたドブロイ散乱パターンを提供する図１の装置の２つの異なる構成を示す図である。
【図１】
2008513813.tif 000003
【図２】
2008513813.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月15日(2007.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する装置であって、
細長のマイクロ導電体又はナノ導電体からなる第１の層と、
前記第１の層から離して設けられた細長のマイクロ導電体又はナノ導電体からなる第２の層であって、前記第１の層の面内へ突き出た前記第２の層の突出部において、前記装置が前記第１及び第２の層の前記細長導電体の間に突起交差接合部のネットワークを有する、第２の層と、
前記第１及び第２の層の前記マイクロ導電体又はナノ導電体にそれぞれ電位を印加する手段であって、前記電位の印加により、前記突起交差点のネットワークに対応する前記第１の層と前記第２の層との間の領域において電気機構を誘導し、前記電磁波又は粒子のビームの散乱が前記領域において起こるようにする、電位印加手段と、
前記第１及び第２の層のマイクロ導電体又はナノ導電体の相対的配置を変更する配置変更手段とを含む装置であって、
前記第１及び第２の層は、前記電磁波又は粒子のビームの伝播方向に対して略平行であり、
前記電位印加手段と前記配置変更手段は、前記装置の散乱パターン、前記散乱の形成係数、又はそれらの両方を変更する為に、それぞれ調節可能である
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記マイクロ導電体又はナノ導電体は、約１ナノメートル〜３００ミクロンの範囲の幅を有する
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
前記マイクロ導電体又はナノ導電体の第１又は第２の層は、それぞれの層が、複数の略平行な導電体からなる１組の導電体を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
各層内における前記導電体間の間隔又はピッチは、中心から中心までの距離が約１ナノメートル〜５００ミクロンの範囲であり、前記第１の層と前記第２の層との間の間隔は、対向する導電体面間の距離が約０．５ナノメートル〜２００ミクロンの範囲である
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置において、
前記導電体は、各組毎に、それぞれの絶縁基板又は半導体基板内若しくは基板上に支持されている
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記導電体は、任意のヘリシティ又は半径の、１つ又は複数の壁を有するカーボンナノチューブである
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記突起交差点のネットワークに対応する前記第１の層と前記第２の層との間の領域の一部又は全体に設けられたコネクタ素子を更に含む
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
隣接する層の間隔は、前記コネクタ素子の存在及び性質に基づいて選択される
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記第１及び第２の層をそれぞれ支持している基板の間の間隙は、少なくとも部分的に真空である
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、
前記第１の層と前記第２の層との間の間隙を制御する為のバッキーボール構造体を更に含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、
前記第１の層と前記第２の層との間の間隙を維持する為に、前記第１の層と前記第２の層との間に配置された、有機媒質の分離膜又は柔軟物質のスペーサを更に含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置において、
前記配置変更手段は、前記第１及び第２の層を相対的に回転させることによって、前記それぞれの層における前記マイクロ導電体又はナノ導電体の配列間の角度を調節する
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置において、
前記電位印加手段は、前記導電体の各々に印加する電位を変化させることによって、前記突起交差点のネットワークに対応する領域における電位差を調節する
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、
前記配置変更手段は、前記第１の層と前記第２の層との間の間隔を調節する
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置において、
前記配置変更手段は、ナノ電子機械システム又はマイクロ電子機械システム（NEMS又はMEMS）を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置において、
前記装置は、前記電磁波又は粒子のビームに対して、入射した電磁波又は粒子のビームを分割する回折格子として機能する
ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の装置において、
前記電位印加手段は、前記第１及び第２の層の前記マイクロ導電体又はナノ導電体に、正の電荷から負の電荷へと振動するように、振動電位を印加する
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記振動電位の周波数は、操作又は修正される荷電粒子のビームの特性並びに前記散乱パターンの形状特性に基づいて選択される
ことを特徴とする装置。
【請求項１９】
電磁波又は粒子のビームを操作又は修正する方法であって、
細長のマイクロ導電体又はナノ導電体からなる第１の層を提供する工程と、
前記第１の層から離して設けられた細長のマイクロ導電体又はナノ導電体からなる第２の層であって、前記第１の層の面内へ突き出た前記第２の層の突出部において、前記装置が前記第１及び第２の層の前記細長導電体の間に突起交差接合部のネットワークを有する、第２の層を提供する工程と、
前記第１及び第２の層の前記マイクロ導電体又はナノ導電体にそれぞれ電位を印加する工程であって、前記電位の印加により、前記突起交差点のネットワークに対応する前記第１の層と前記第２の層との間の領域において電気機構を誘導し、前記電磁波又は粒子のビームの散乱が前記領域において起こるようにする、電位印加工程と、
前記第１及び第２の層のマイクロ導電体又はナノ導電体の相対的配置を変更する配置変更工程と、
前記散乱の散乱パターン、前記散乱の形成係数、又はそれらの両方を変更する為に、前記電位印加工程と前記配置変更工程を調節する工程とを包含する方法であって、
前記第１及び第２の層は、前記電磁波又は粒子のビームの伝播方向に対して略平行である、
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記マイクロ導電体又はナノ導電体は、約１ナノメートル〜３００ミクロンの範囲の幅を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、
前記マイクロ導電体又はナノ導電体の第１又は第２の層は、それぞれの層が、複数の略平行な導電体からなる１組の導電体を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
各層内における前記導電体間の間隔又はピッチは、中心から中心までの距離が約１ナノメートル〜５００ミクロンの範囲であり、前記第１の層と前記第２の層との間の間隔は、対向する導電体面間の距離が約０．５ナノメートル〜２００ミクロンの範囲である
ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、
前記導電体は、各組毎に、それぞれの絶縁基板又は半導体基板内若しくは基板上に支持されている
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法において、
前記導電体は、任意のヘリシティ又は半径の、１つ又は複数の壁を有するカーボンナノチューブである
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法において、
前記突起交差点のネットワークに対応する前記第１の層と前記第２の層との間の領域の一部又は全体にコネクタ素子を提供する工程を更に含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
隣接する層の間隔は、前記コネクタ素子の存在及び性質に基づいて選択される
ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法において、
前記第１及び第２の層をそれぞれ支持している基板の間の間隙は、少なくとも部分的に真空である
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法において、
前記第１の層と前記第２の層との間の間隙を制御する為のバッキーボール構造体を提供する工程を更に包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１９に記載の方法において、
前記第１の層と前記第２の層との間の間隙を維持する為に、前記第１の層と前記第２の層との間に配置された、有機媒質の分離膜又は柔軟物質のスペーサを提供する工程を更に包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１９に記載の方法において、
前記配置変更工程は、前記第１及び第２の層を相対的に回転させることによって、前記それぞれの層における前記マイクロ導電体又はナノ導電体の配列間の角度を調節する
ことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法において、
前記電位印加工程は、前記導電体の各々に印加する電位を変化させることによって、前記突起交差点のネットワークに対応する領域における電位差を調節する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１９に記載の方法において、
前記配置変更工程は、前記第１の層と前記第２の層との間の間隔を調節する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項１９に記載の方法において、
前記配置変更工程は、ナノ電子機械システム又はマイクロ電子機械システム（NEMS又はMEMS）を使用する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１９に記載の方法において、
前記散乱パターンは、前記電磁波又は粒子のビームに対して、入射した電磁波又は粒子のビームを分割する回折格子として機能する
ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項１９に記載の方法において、
前記電位印加工程は、前記第１及び第２の層の前記マイクロ導電体又はナノ導電体に、正の電荷から負の電荷へと振動するように、振動電位を印加する工程を包含する
ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、
前記振動電位の周波数は、操作又は修正される荷電粒子のビームの特性並びに前記散乱パターンの形状特性に基づいて選択される
ことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2008513813.tif 000005
2008513813.tif 000006