量子線

  提示：此條目頁的主題不是量子線路。

在凝聚態物理中,量子線指導電性質受到量子效應影響的導線.由於該效應通常在奈米尺度才出現，故也稱為奈米線。由於傳導電子在切向上受到量子束縛,切向能量呈現量子化:$E_{0}$ ("基態" 能量), $E_{1}$,... (另見量子諧振子).量子化的主要後果是量子線的電阻不能用傳統的公式:

$R=\rho {l \over S}$

獲得(這裡$\rho$ 電阻係數, $l$ 長度, $S$ 截面積)。

量子線電阻必須通過對橫向能量的精確計算而獲得,而且必然是量子化的。

奈米線的直徑越小,這種量子效應就愈加明顯。半導體線的電阻在直徑100奈米左右開始顯示可觀測的量子性,而金屬要在原子量級才能顯現.

由緊束縛模型得到的碳奈米管能帶結構，分別對應(6,0)CNT（zigzag，金屬性），(10,2)CNT（半導體性）and(10,10)CNT（armchair，金屬性）

碳奈米管

碳奈米管被視作最具有可行性的量子線。

碳奈米管具有一些特殊的電學性質。常用矢量C_h表示碳奈米管上原子排列的方向，其中$\mathbf {C_{h}} =n\mathbf {a_{1}} +m\mathbf {a_{2}}$，記為(n,m)。a₁和a₂分別表示兩個基矢。(n,m)與碳奈米管的導電性能密切相關。對於一個給定(n,m)的奈米管，如果有2n+m=3q（q為整數），則這個方向上表現出金屬性，是良好的導體，否則表現為半導體。對於n=m的方向，碳奈米管表現出良好的導電性，電導率通常可達銅的1萬倍。取決於其方向性，碳奈米管可用來製作半導體晶片中的導線和電晶體，有望得到更大的開通電流和更快的速度，可用於替代矽晶片，但該技術仍在研究中。

計算機仿真展現的奈米線場效應管中反型溝道的形成（電子密度的變化）。閾值電壓在0.45V左右。

量子線的用途

量子線可以用來製作電晶體.電晶體是現代電子電路的基本構成元件。對於製作電晶體來說，最關鍵的問題是確保柵極能夠有效控制對導電溝道的開閉。根據摩爾定律，電晶體的尺寸將會越來越小，直到奈米級別。這使得保持足夠的控制越來越困難。

如果把柵極製作在奈米線外圍，用量子線作導電溝道，這樣的電晶體將會有優良的導電特性。

參閱

• 奈米線
• 量子點
• 量子阱 -- 指具有離散能量值的勢阱