奇妙的碳纳米管

碳纳米管

 被囚禁的电子和未来的电子学器件最近，科学家正在致力于一种新型纳米材料--碳纳米管的研究，这是一种非常奇特的材料，它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状"纤维"，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。

 纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。

被囚禁的电子和未来的电子学器件

用光刻技术做成微米尺寸的微机械

 把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，电子动或能量被量子化了。结果表现在当在金属颗粒的两端加上电压，电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时金属颗粒不导电。这样一来，原本在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑力，足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，切断了电流的连续性，也使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，并把它们集成起来作成计算机芯片。计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是像人们所设想的那么简单。起码有两个方面的问题向当前的科学技术提出了挑战。实际上，被囚禁的电子可不是那么“老实”，按照量子力学的规律，有时它可以穿过“监狱”的壁逃逸出来，一方面在新一代芯片中似乎不用连线而相互关联在一起，当然，需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路，另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根到底，在这一世界中电子应被看成是“波”而不是一个粒子。所以尽管单电子器件已经在实验室里得以实现，但是真是要用在工业上，要假以时日，是明天或后天的技术。

用光刻技术做成的微米尺寸的微机械

  被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，会使材料发出强的光。“量子点列阵激光器”或“级联激光器”的尺寸小，发光的强度高，驱动它们发光的电压低。可发生兰光和绿光。用来读写光盘可使光盘的存贮密度提高几倍。还有甚者，如果用“囚禁”原子的小颗粒量子点来存贮数据，制成量子磁盘，存贮度可提高成千上万倍。会给信息存贮的技术带来一场革命。

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