实现逻辑功能和引导带电粒子的电子装置和方法

摘要

一种装置和方法用于实现一个或多个逻辑功能。该装置包括一个或多个基本模块，每一模块包括预定数量的带电粒子输入，至少一个定义了功能空间的交互作用区和至少一个距相互作用区一定距离的带电粒子输出。逻辑功能是受影响的带电粒子相互作用的结果。

说明书

技术领域

本发明涉属于逻辑门领域，具体的涉及实现逻辑功能和引导带电粒子的电子 装置和方法

背景技术

芯片逻辑的实现基础为使用两种不同电压代表逻辑′1′或逻辑′0′，大部门逻辑 门采用CMOS晶体管制造(例如使用NMOS或PMOS晶体管)。通常一个集成电 路中集成有数十亿的逻辑门。

由本申请发明人发展的其它特定技术手段，利用电子发射原理。例如美国专 利US7847596描述了一种使用弹道电子执行一个或多个逻辑功能的电子装置。 美国专利US7545179公开了一种使用真空中的电子和漂浮电极操作逻辑门的电 子装置。

发明概述

发明人发现使用在时间和空间上运动的带电粒子(电子或离子)能够显著提 高逻辑门的性能从而改善提高其计算效率和性能。根据本发明内容，定义逻辑′1′， 例如目标位置存在带电粒子(电子)的状态。因此每一个到功能的输入和输出可 以由在特定位置和时间的带电粒子的′存在′或′不存在′代表。功能自身为空间中的 体积，在此位置带电粒子之间交互以产生输出。

选择电子作为带电粒子具有很多优势。电子比离子更轻易于引导和操纵。当 两个电子比你接近时静电力足够强以产生逻辑状态变化。一般来说，仅需要能量 切换系统“开”，也就是说产生电子(通常为带电粒子)并提供其初始动能。否 则这个CPU不需要任何额外的能量输入可以运行。当然，当CPU内建数十亿逻 辑门时，需要能量来引导、收集和重复利用电子。然而，原则上讲在本发明的新 的自由粒子逻辑模型中，能量是非必须的。本发明的模型可以用于实现基本逻辑 功能，引导和重复利用电子，扩大门数，缩小门的规模。此外，本发明的概念可 以集成于任何其它类型的CPU，例如作为CMOS CPU的子集。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于实现一个或多个逻辑功能的方法。 该方法包括影响至少具有一定动能的第一和第二带电粒子的第一和第二流动以 便选择性地使第一和第二带电粒子相互作用从而选择性的影响带电粒子的位置， 基于相互作用是否发生选择性的提供带电粒子输出，带电粒子输出与否代表逻辑 功能。

在一些实施例中，为了影响至少第一和第二流动以选择性的使第一和第二带 电粒子交互作用，本发明提供了至少第一第一带电粒子的第一流动到交互作用区， 同时选择性的提供至少第二带电粒子的输入流到交互作用区，从而使得第二带电 粒子基本上与第一带电粒子到达相互作用区的同时到达相互作用区附近。

应当理解此处所用的“基本上同时”并不意味着交互粒子同时到达交互作用 区，而是对应于粒子到达交互作用区具有足够的时间差，从而在交互作用区的给 定动能的(一个或多个)带电粒子之间的距离使其之间产生所需的交互作用。因 此，术语“基本同时”或“基本上同时”用于下文内容中应予以广义理解为“几乎 同时”或“足够同时”从而粒子之间的距离(源于“时间或抵达”上的差异)产生所需 的交互作用。应当理解第一和第二粒子之间的交互作用影响交互作用粒子向输出 区(或接收区)的传输轨迹，从而影响粒子相对于输出区的位置。

逻辑功能包括至少下述之一：至少一逻辑门，一记忆功能，引导带电粒子与 电子装置不同部分互连

本发明的另一目的是提供一种实现一种或多种逻辑功能的装置，该装置包括 一个或多个基本模块，每一模块包括预定数量的带电粒子输入，至少一个定义了 功能空间的交互作用区，和至少一个距离相互作用区域一定距离的带电粒子输出。 逻辑功能是受影响的带电粒子相互作用的结果。

本发明的还一个目的是提供一实现一个或多个逻辑功能的装置。该装置包括 一个或多个基本模块，每个模块包括预定数量的带电粒子输入和至少一带电粒子 输出，基本模块构造和操作以引导至少两个带电粒子，包括至少一第一带电粒子 和一第二带电粒子移动向交互作用区以选择性的在交互作用区所述至少两带电 粒子发生交互影响至少一交互带电粒子向基本模块输出的传输轨迹，从而影响至 少一交互带电粒子相对于基本模块输出的位置从而在基本模块的输出选择性的 产生至少一交互带电粒子存在或不存在的条件以对应所要实现的逻辑功能。

本发明的又一个目的是提供一集成了上述装置的处理器单元，该处理器单元 构造和操作处理器不同模块之间的互连以在这些模块之间传输信息。此处理器单 元可以是基于传统的CMOS系统的C叫。

基本模块包括至少一个通道引导所述至少一第一带电粒子朝向交互作用区， 在交互作用区此带电粒子在所述第二带电粒子及时输入到交互作用区的情况下 与至少一第二带电粒子交互。应当理解提供第一带电粒子的引导通道还存在装置 (基本模块)输入。还应理解在某些情况下带电粒子称为“活跃带电粒子”或“系 统提供的带电粒子”。通常类似于CMOS技术，从输入到功能为“硬件线路”到逻 辑“1”或逻辑′0”。对于一个或多个其它输入，其在类似的通道中引导第二带电粒 子或称为“输入带电粒子”代表控制信号。这样的输入通道还定义一交互作用区域。 引导第一和第二带电粒子的通道各自构造使得第一和第二交互作用区域彼此相 邻或至少部分重叠从而共同定义了交互作用区。控制第二带电粒子输入选择性的 提供第二带电粒子基本上与到达交互作用区的至少一第一带电粒子同时(几乎同 时或足够同时)到达交互作用区的附近从而产生所需交互。在第一带电粒子到达 交互作用区(存在功能空间)时交互作用区附近存在或不存在第二带电粒子等价 于逻辑“1”，交互中不存在第二带电粒子等价于逻辑′0″，第一和第二带电粒子在功 能空间的交互产生输出。换句话说，第一带电粒子到达交互作用区时交互作用区 附近存在或不存在第二带电粒子决定了带电粒子是否到达基本模块的输出，从而 产生基本单元的逻辑输出。对于基本模块输出，可由带电粒子检测器、下一基本 模块或任意其它接下来的步骤表示。

因此，基于本发明，真空中的带电粒子，而非电压，作为逻辑门的输入和输 出。一般而言，给予本发明的方案，逻辑功能是带电粒子之间，如电子或离子(可

以是同类型或不同类型的装置输入和输出)，交互作用的结果。输入和输出由带 电粒子流动代表。

应当理解，本发明的真空是指允许处理器产生功能的足够低的压力。

每一功能中所用带电粒子的数目取决于所需功能，每个功能所用粒子可以从 一个到数千个之间变化。因此术语“带电粒子”可以是多个粒子。

一般而言，带电粒子通道为为中空的细长结构，典型的是管状件，内部为真 空腔(足够低压以提供足够长的自由通路)。管子由合适的具有高于粒子动能的 表面电荷能的材料制成。作为通道结构合适的材料的例子为具有负的电子亲和势 (NEA)的材料例如聚乙烯。材料的NEA特性使得带电粒子不会被材料捕获从而 防止点和渗透到材料内部，通道材料引导带电粒子沿着通道流动。交互作用区(功 能空间)由管道布局限定。

此类材料的另一个例子为二氧化硅(或与此有关的任何其它绝缘体)。

使用能量高于工作能量(例如系统所用粒子的动能)的带电粒子首先充入绝 缘体。例如，如果带电粒子为电子，工作能量为1eV，那么第一步在管道中通过 的电子具有高于1eV的能量，例如10eV(“充电步骤”)。

这将填充绝缘体的所有表面状态到10eV。当对电子使用1eV的功能能量时， 由于不存在此能量下的真空态，管道壁不吸收电子，优选的充电步骤具有足够高 能量，装置在操作中受热影响更小。

附图概述

为了理解本发明并了解如何实施本发明，参考下述附图本发明提供了实施例，本 发明并不限于实施例。其中：

图1A为本发明执行一个或多个逻辑门装置的框图；

图1B示意了本发明装置基本模块的功能设计；

图1C对应于逻辑XOR功能的带电粒子之间的交互作用设计；

图2显示了基于两个电子交互的用于执行XOR逻辑功能，即异或逻辑功能，的 本发明装置的构造具体示例；

图3显示了本本发明的装置中实现NOT门，即非门，的交互设计；

图4显示了本发明装置实现OR/NOR门，即或/或非门，的交互设计；

图5显示了以聚乙烯为基材实现NOT和XOR门，即非门和异或门，的两段式结 构；

图6显示了支持同步和电子重用的完整CPU构造布局；

图7显示了本发明的装置作为放大器(电子倍增器)；

图8示意性的显示了装置使用NEA材料作为具有低能量变化和高度同步化的带 电粒子的来源；

图9示意性的显示了本发明使用PE管从一个传统CPU系统的部分传输信息到另 一部分的互连结构。

具体实施方式详述

参考附图1A，通过框架图的方式显示了执行一个或多个逻辑门的本发明电 子装置10。装置10包括一个或多个基本单元，本实施例所示这样的基本单元12 构造和操作实现一逻辑功能。如图所示，基本单元12的输出22结合到接收器 14。后者可配置作为检测器或作为下一级的基本单元以实现进一步的逻辑功能， 在此种情形下单元12的输出22代表基本单元14多个输入中的一个。

基本单元12包括一个或多个接触一个或多个带电粒子输入18的带电粒子收 集器或通道16，并具有一个出口22(通常一个或多个输出)作为基本单元12 的输出。输入18选择性的以穿过通道16的带电粒子流的形式提供信号输入使与 不同输入相关联的带电粒子之间发生交互。这样的交互发生在一定的体积或空间 构成一个功能空间。后者由交互作用区20所限定，交互作用区20由通道16的 各个区域形成，或在特定通道内的一个区域。如下所述，到通道16的交互区域 或区20的输入18由相邻或重叠的另一个类似交互作用区的构成。

需要注意的是用于单一功能的粒子数目从一个到数千个变化。因此，术语“带 电粒子”可以指多个粒子。

带电粒子15，下文中有时称为“系统粒子”或“活性粒子”，位于通道16并通 过通道16传输。当其抵达区域20，与一个或多个其它带电粒子17交互。通道 16的区域20代表发生预定功能的交互作用区。如上所述，到通道16的交互作 用区20的粒子17的输入18由另一带电粒子通道类似空间或区域构成，例如靠 近与对准通道16。此外来自不同位置可能存在多个输入18，所有这些输入18 朝向交互作用区20。基本模块12的输出，即通道16的输出22存在或不存在带 电粒子15或17，因此接收器14取决于交互作用区20的带电粒子15与17间的 交互。例如，交互存在或不存在，决定基本单元12的逻辑输出。因此位于通道 16的输出20的空间或体积代表了功能自身。

需要注意的是系统粒子15的存在是可选的，取决于所要实现的功能。此外， 可以使用来自不同位置的两个输入，如图1C所示例。带电粒子通道16是一种由 合适材料制成的小管，所述材料的表面电荷能高于带电粒子的能量(例如其动能)， 从而防止电荷渗透入材料。例如，可以使用具有负的电子亲和势的材料，例如聚 乙烯材料。材料的NEA特性防止了电子被所述材料捕获，管道的材料引导电子， 类似于管道引导水流。此类材料的另一个例子是预先充入电子的二氧化硅SiO₂(或其它任意合适的绝缘体)，如下具体所述。

图1B示意了本发明的基本模块12的功能设计。此处，对应与逻辑功能的输 入18由带电粒子通道输出空间22是否存在带电粒子(电子)来代表。例如，在 输入18存在电子等价于逻辑“1”，在所述输入不存在电子等价于逻辑“0”。在 功能空间中，电子与其它电子交互产生输出。在装置开启时给予管道中的电子动 能。电子在装置操作的整个过程中维持其动能，直至其被关闭。相比于其它力， 电子之间的排斥库仑力是巨大的。因此，可以使用现在的纳米腔(功能空间)使 得功能空间即使在输入单个电子下也可以工作。

交互作用区域20发生交互的结果是在距离区域20一定位置的地方存在或不 存在电子(同一1A的15或17)，通道的输出22位于此处，此处还可以安置接 收器(检测器)或接下来的引导电子的通道。因此基于本发明的技术方案，状态 的改变(逻辑“0”或“1”)由粒子位置(定位)上的改变决定，例如源于粒子 与其它粒子交互作用影响粒子轨迹，而不是常规采用的材料势能变化。换言之， 本发明利用空间上的粒子密度变化而不是材料电压变化。

参考图1C，显示了带电粒子(电子)之间的交互方案。在此示例中，交互 对应于逻辑XOR功能。考虑两个电子E₁和E₂(构成图1A的粒子17)在真空中 运动具有相同的动能。维持其速度不需要能量。当其相互接近时相互排斥。排斥 力(库仑力)与其之间的距离的平方成反比。也就是说只要其”足够接近”，两个 电子就可以以可检测的方式进行交互。

管道(通道)的不同结构能实现所有的基本逻辑功能，包括记忆功能，和扇 出数目大于等于1。为了估计发生交互所需时间和交互电子所需初始距离，进行 若干计算。计算结果如下表1.

表1

如图2的进一步说明，上述代表了XOR逻辑功能。

包含XOR功能(例如基本模块的输出22)的结果的管道能进一步引导电子 到下一个逻辑功能的输入。

参考图2，显示了特定的，非限制性的本发明装置的构造。在该示例中，装 置构造为基于其内的真空中的两个电子E₁和E₂执行XOR逻辑功能。装置10包 括两个通道C₁和C₂(构成通道/输入16和18)，这两个通道由真空环境下的聚乙 烯(PE)小管T₁和T₂所限定。聚乙烯材料具有大约-2.92eV的负电子亲和势。 在此特定非限制性示例中，管道T₁和T₂具有总体上相互平行延伸的端部，由限 定了自由空间或交互作用区域20的区域R₁和R₂破碎，由于管道的安排使得通 过管道传输的电子之间产生交互。这样的破碎区域可以由成型(蚀刻)管结构或 涂布已成型结构形成。交互区域20存在电子E₁等价于逻辑“1”，交互区域20 不存在电子E₁等价于逻辑“0”。

如上所述，在交互开始前，例如当装置打开时，电子具有其所接收的动能。 在整个装置操作过程中其或多或少的保持动能，直到装置关闭。电子E₁和E₂进 入聚乙烯管道，聚乙烯的负电子亲和势意味着聚乙烯材料不捕获电子，聚乙烯材 料引导电子穿过管道。在交互作用区20由于固有的库仑力电子相互排斥。

如果交互作用区20仅存在电子E₁和E₂，电子各自沿着路径/轨迹P₁和P₂直 线前进从管道输出22退出。然而，如果电子E₁和E₂都存在于交互作用区20， 电子会相互排斥，影响沿着痕迹G传输的轨迹。在此种情况下，没有电子抵达 管道输出。可以理解为了发生交互，两个电子几乎同时或者基本上足够接近的时 间存在于交互作用区20。如果没有电子抵达输入，输出管保持空。

上述装置操作如下表2所示。

表2

输入电子 行为 输出管 仅存在电子E₁电子E₁沿着路经P₁飞行.并通过输出管22退出 电子E₁出去 仅存在电子E₂电子E₂沿着路经P₂飞行，并通过输出管退出 电子E₂出去 存在电子E₁和E₂电子E₁和E₂抵达功能空间20并且相互排斥；均沿着轨迹G 保持空 输入不存在电子 不发生任何事情 保持空

考虑电子存在的状态作为逻辑“1”，电子不存在的状态作为逻辑“0”，下表 3显示了装置操作。

表3

上表3代表了XOR逻辑功能的真值表。包含XOR功能结果的管道(例如基 本模块的输出22)进一步引导电子到下一逻辑功能或其它任意接下来的步骤的 输入。

图3显示了本发明装置用来实现非门(反相功能)的交互方案。暗电子E₁表示由系统提供并不依赖于输入的“系统电子”(图1A的15)，明亮电子E₂和输 出表示输入(控制)信号13和相应的输出。表4显示了NOT功能的真值表。

表4：

输入(电子E₂) 装置输出 ″0″ ″1″ ″1″ ″0″

表4显示了OR和NOR功能的装置操作设计。电子E₁为系统供应电子(即 其存在不依赖于输入)，E₂和E₃都是输入电子；输出A和输出B各自表示OR输 出和NOR输出信号。OR/NOR功能的真值表如下表5所示。

表5(OR/NOR功能的真值表)：

输入1 输入2 输出A 输出B ″0″ ″1″ ″1″ ″0″ ″1″ ″0″ ″1″ ″0″ ″1″ ″1″ ″1″ ″0″ ″0″ ″0″ ″0″ ″1″

考虑输出A作为此表的输出，得到OR功能；输出B作为输出信号，实现 NOR功能。

需要注意在此功能中输入的数目不受到物理限制。输入一个电子以转移“系 统”电子E₁到输出是足够的。输入同步如下所述。

可以理解根据德摩根定理可以使用与非门实现任意逻辑功能，包括 AND/NAND，即与门/与非门。

需要注意的是在本发明的范围内，若干基本单元，每个实现至少一逻辑门， 可结合操作。具体而言，第一逻辑门的输出可用作第二逻辑门的输入。参考图5， 显示了如何构建两段式结构，其中使用聚乙烯作为基底实现异或门，异或门的输 出是接下来的非门的输入。图中提供的结构布局实现两个布尔函数；阶段I输入 18包括输入“a”和“b”，其中“a”表示输入1，“b”表示输入2；黑色圆圈表 示通道中所提供的“活跃”或“系统”电子，其不依赖于“a”、“b”输入。曲线 P₁、P₂和P₃表示带电粒子和系统粒子E各自进入输入“a”和“b”的可能轨迹。 需要注意的是，这些可以是单独(单一)的电子，也可以是多个电子。完整的两 阶段式CPU可以基于上述实现。如上所述，该CPU包含NOT(XOR(a，b))功能，其 中“a”和“b”为输入。

如上所述，优选的引导电子在不损失能量的情况下穿过整个系统。因此选择 管道材料使其在电子与之碰撞时弹性散射电子，例如合适的聚合物材料如聚乙烯 或聚对二甲苯。一般而言这样的材料具有最低约为1.5eV的负电子亲和势。这允 许使用至约1eV的电子。当电子的能量低于与其碰撞的亲和力时，散射是弹性 的。

需要注意这样的负电子亲和势(NEA)材料，如果电子的动能低于一定的能量 阈值不允许电子渗透，可以用于其它应用，而不仅仅是FPL。其可以作为电子引 导，即便电子与基底碰撞时不完全弹性散射。此外，根据外部场电子可以在封闭 管中移动作为“场导体”。此种用途的一个示例是CPU互连。在下文中进一步举 例说明。

需要指出的是在所有上述装置中，为了禁止电子在到达交互作用区之前发生 交互，在其周围可以放置连接到恒定电位的金属。此外，另一种方式是让已经在 管道内同门的电子交互。然后其或者以所有方式在管道内(例如，管道分为两个 或更多)，或者在特定位置退出管道并重新进入连续的管道。

在封闭通道内移动的电子可能产生相互干扰(串扰)。可以通过在封闭通道 之间增加一接地金属层显著减少或避免此问题。为了实现更高的频率(如高于数 GHz)，接地导体必须支持，这在高频率上可能是严重限制。优选的解决方案是 将通道分开一定距离以避免串扰。聚乙烯的介电常数(2.6)有助于减少此类串扰。 本发明装置可以构造为记忆模块。基本上有三种方式实现记忆模块。简单的方式 是如在触发器所用的那样使用上述功能。另一种方式是定位可以存储电子的整个 芯片的区域。在该区域应用磁场，通过使用电子陷阱可以存储电子，或者通过具 有电子捕获表面来存储电子并通过施加某些电位来释放电子。

如上所述，基于本发明的自由粒子逻辑概念，为了适于操作CPU，所有需要 交互的电子优选的进行同步。此外，优选的，交互时间后电子重新利用。在这方 面参考图6显示了支持同步和电子重复利用的CPU的完整布局。一般而言，芯 片分为三个主要层。底层，“0级”为所有电子转移的地方。“I级”为所有交互 发生的地方。“II级”为电子馈给的地方。从这一级所有电子重新分配。阶段间 的控制通过电场实现。一旦到达指定级，提供电子动能。此阶段之后，电子在真 空中自由前进直至其交互。“不再需要”的电子转移到0级，其它电子继续到逻 辑功能下一个阶段的I级，来自0级的电子重新定向到II级重复利用。每个这样 的周期对应与由三个部分组成的时钟循环：II级-＞I级-＞[0级或I级]。能量用于转 移和定向阶段。由于需要通过的距离很小，用于从I级到0级的传输的能量是非 常低的。最大的能量消耗是从¨级到I级和从0级到I级的传输，通过圆周运动 可最小化此能量消耗。

每阶段使用一个电子可能无法驱动输出线或产生大于1的扇出数(尽量避免 量子效应)。因此，在这些情况下，电子需要经过倍增处理。这可以通过在高场 中加速实现并使得来自于半导体的二次或雪崩发射(如用于第三代图像增强装 置)。另外一种解决方案是在整个系统中使用更多电子(例如每阶段100个电子)。 针对该问题本发明提供了一种新的解决方案，也可以用于其它需要电子倍增的应 用，例如基于光阴极的非常低的光视觉。电子倍增的基础是利用库仑力。使用现 在的成型纳米腔技术，在两个或更多粒子间接近交互能作为放大器。

参考图7，显示了本发明装置的放大器(电子倍增器)的基本结构。此处“a” 代表输入信号，此种情况下为1个要倍增的电子，“b”代表由具有窄角分布(例 如场发射)的带电粒子发射源产生的带电粒子束，虚线L1和L2表示“a”和“b” 各自的可能轨迹。需要指出的是这可以是单独(单一)的电子或电子流(束)。 为了使电子沿着线条L1和L2表示的轨迹，其不应被基底的墙W所捕获。如上 所述，为了达成此目的，使用负电子亲和势材料作为基底。在装置输出的接收器 14以电极14A，14B，14C的形式排列。库仑力产生足够大的输出束分离。如果 没有输入，仅′输出电极0′14A显示电流。如果在输入‘a’仅存在一个电子，仅 ‘输出电极1’14B显示电流。如果在输入‘a’存在更多电子，‘输出电极2’ 14C显示电流。根据所需精确度可以进一步提高电极数目。基于本文中所提供的 自由粒子逻辑装置的另一个解决方案是对一个以上的系统(活跃)电子使用非门 (反相器)。

此外，这样的NEA材料可以用作低能量变化和高同步的带电粒子源。这可 以参考图8。带电粒子通道(管道)16由聚乙烯或其它任何NEA材料制成。黑 色圆圈代表由带电粒子发射器(例如场发射)产生的带电粒子，通常以E表示。 如图所示，电极装置24适当安置以产生所需电场。

第一步，提供V1正电压。此电压足够高以吸引一个带电粒子，但不吸引更 多。通过V1电极和接地电极之间的电容对此进行控制。例如，如果电容在10^-19法水平，意味着被此电极捕获的单个带电粒子改变电极之间的电位1V。因此， 如果V1设为约1V，可以捕获不多于一个带电粒子。在此过程中V2保持接地电 位。V3保持一很低的负电位。需要指出的是在所有电极上具有一绝缘层(聚乙 烯)，意味着带电粒子不会进入电极，只会被捕获。第二步，保持V1和V2电位， V3电位变成正的(如+0.5V)以吸引所有自由带电粒子。第三步，V2变成正值， 如+1V。电压V2稳定后V1变为0V。这使得带电粒子从V1电极移动到V2电极。 第四步，V2电位变成-0.5V。这是发射的带电粒子的动能。该过程如下表所总结：

表8

如上所述，带电粒子在封闭的NEA材料(或预先充电的绝缘体)管道中根 据外部场在其内部移动从而作为“场导体”。此种应用的一个示例是CPU互连。 在这种连接中，参考图9显示了基于使用聚乙烯管道的结构的互连。

模拟表明本发明以核心间互连形式为例有效地提供实现当前CMOS CPU互 连。基于自由粒子逻辑的同样的信号传输技术可用于从CPU系统的一个常规部 分传输信息到另一部分。图9显示了使用上述概念实现互联的示例。该结构包括 NEA材料(或预先充电的绝缘体)制成的管道40，该管道两端封闭，内部真空。 带电粒子，通常以E表示，在管道真空密封前位于管道40内。管道40位于发射 器单元42和由电极装置44或电容或电感传感器46构成的接收器单元之间。在 管道的一个末端40A，称为发射端，创建场以吸引或排斥电子E。这是可以做到 的，例如，使用包括发射电极42A和参比电极42B的电极装置42并在这些电极 间施加电压V_t。发射信号“1”时，施加电压V_t为带电粒子E提供初始动能(电 压V_t可适当修改)，带电粒子E向管道40的称为接收端的另一末端40B移动。 接收端检测带电粒子到达，例如通过电极装置44的接收和参比电极44A和44B 之间的电压变化V_r，或通过传感器环46(电容或电感传感器)。如果发送信号“0”， 电压V_t保持带电粒子在发射端。

需要指出的是使用不同的V_t电压对影响不同电压V_r或传感器环的不同电压。 这种效应可以用来在一个“时钟循环”传送多个值(如“1”、“2”、“3”等)。 同样的参比电极可用于发射和接收电极装置。参比电极可位于任意位置，不一定 靠近发射或接收电极42A和44A。

管本身可以是弯曲的，或封闭圈(如环等)，也可与一个以上的接收器相关 联。此外，根据CPU操作过程的特定需要，发射器和接收器的电极可以互换。

因此，本发明提供了一种新的方法及装置，能够实现各种逻辑功能，以及存 储器和在所需位置间引导带电粒子。根据本发明，真空中的自由粒子传输而不是 电压，用作逻辑门的输入和输出。一般来说，根据本发明的技术方案，逻辑功能 是控制带电粒子，例如电子或离子，之间的相互作用的结果。