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.由於該效應通常在納米尺度才出現，故也稱為納米線。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:${\displaystyle E_{0}}$ ("基態" 能量), ${\displaystyle E_{1}}$,... (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:

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

獲得(這裡${\displaystyle \rho }$ 電阻係數, ${\displaystyle l}$ 長度, ${\displaystyle S}$ 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。

納米線的直徑越小,這種量子效應就愈加明顯。半導體線的電阻在直徑100納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納米管能帶結構，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）

碳納米管

碳納米管被視作最具有可行性的量子線。

碳納米管具有一些特殊的電學性質。常用矢量C_h表示碳納米管上原子排列的方向，其中${\displaystyle \mathbf {C_{h}} =n\mathbf {a_{1}} +m\mathbf {a_{2}} }$，記為(n,m)。a₁和a₂分別表示兩個基矢。(n,m)與碳納米管的導電性能密切相關。對於一個給定(n,m)的納米管，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，碳納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，碳納米管可用來製作半導體芯片中的導線和晶體管，有望得到更大的開通電流和更快的速度，可用於替代硅芯片，但該技術仍在研究中。

計算機仿真展現的納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晶體管.晶體管是現代電子電路的基本構成元件。對於製作晶體管來說，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，晶體管的尺寸將會越來越小，直到納米級別。這使得保持足夠的控制越來越困難。

如果把柵極製作在納米線外圍，用量子線作導電溝道，這樣的晶體管將會有優良的導電特性。^[1]

參閱

• 納米線
• 量子點
• 量子阱 -- 指具有離散能量值的勢阱

參考資料

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. （原始內容存檔於2020-11-15）.