量子线

在凝聚态物理中,量子线指导电性质受到量子效应影响的导线.由于该效应通常在纳米尺度才出现，故也称为纳米线。由于传导电子在切向上受到量子束缚,切向能量呈现量子化:${\displaystyle E_{0}}$ ("基态" 能量), ${\displaystyle E_{1}}$,... (另见量子谐振子).量子化的主要后果是量子线的电阻不能用传统的公式:

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

获得(这里${\displaystyle \rho }$ 电阻系数, ${\displaystyle l}$ 长度, ${\displaystyle S}$ 截面积)。

量子线电阻必须通过对横向能量的精确计算而获得,而且必然是量子化的。

纳米线的直径越小,这种量子效应就愈加明显。半导体线的电阻在直径100纳米左右开始显示可观测的量子性,而金属要在原子量级才能显现.

由紧束缚模型得到的碳纳米管能带结构，分别对应(6,0)CNT（zigzag，金属性），(10,2)CNT（半导体性）and(10,10)CNT（armchair，金属性）

碳纳米管

碳纳米管被视作最具有可行性的量子线。

碳纳米管具有一些特殊的电学性质。常用矢量C_h表示碳纳米管上原子排列的方向，其中${\displaystyle \mathbf {C_{h}} =n\mathbf {a_{1}} +m\mathbf {a_{2}} }$ ，记为(n,m)。a₁和a₂分别表示两个基矢。(n,m)与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定(n,m)的纳米管，如果有2n+m=3q（q为整数），则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于n=m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。取决于其方向性，碳纳米管可用来制作半导体芯片中的导线和晶体管，有望得到更大的开通电流和更快的速度，可用于替代硅芯片，但该技术仍在研究中。

 

计算机仿真展现的纳米线场效应管中反型沟道的形成（电子密度的变化）。阈值电压在0.45V左右。

量子线的用途

量子线可以用来制作晶体管.晶体管是现代电子电路的基本构成元件。对于制作晶体管来说，最关键的问题是确保栅极能够有效控制对导电沟道的开闭。根据摩尔定律，晶体管的尺寸将会越来越小，直到纳米级别。这使得保持足够的控制越来越困难。

如果把栅极制作在纳米线外围，用量子线作导电沟道，这样的晶体管将会有优良的导电特性。^[1]

参阅

• 纳米线
• 量子点
• 量子阱 -- 指具有离散能量值的势阱

参考资料

1. Appenzeller, Joerg; Knoch, Joachim; Bjork, Mikael T.; Riel, Heike; Schmid, Heinz; Riess, Walter. Toward nanowire electronics. IEEE Transactions on Electron Devices. 2008, 55 (11): 2827 [2016-02-08]. Bibcode:2008ITED...55.2827A. doi:10.1109/TED.2008.2008011. （原始内容于2020-11-15）.