低維與奈米尺度系統
量子線
/ KWON-tum WYRE /
設想一根又長又窄的管子,細到一顆掉進去的彈珠只能沿著它前後滾動——絕不能橫移,因為管壁正緊緊貼著它。量子線就是電子版的這根管子:一條細得電子只能沿其長度行進的絲線。
量子線是一縷材料,它在三個方向中的兩個上都細到,使電子的波只能以固定、分立的樣式橫跨其間,而沿著第三個方向——也就是線的長度——電子仍能自由移動。在兩個方向上被釘住、在一個方向上自由,電子實際上就生活在一個一維世界裡。這種擠壓重新塑造了每個能量上能容納多少電子、以及它們如何傳導電流,常使這根線的行為與同種材料的粗棒大相逕庭。
量子線之所以重要,是因為它是移動電荷最纖細的通道,它以半導體奈米線、刻蝕出的窄溝道、乃至單根碳奈米管的形式出現;它們是研究一維物理的試驗台,在那裡電子無法彼此越過。誠實的提醒是:由於幾乎通體都是表面,一根真實的量子線對沿邊的缺陷和雜散電荷極其敏感,這些會散射電子,模糊掉物理學家期望看到的那種乾淨的一維行為。
像細髮般生長出來、僅幾十個原子粗的半導體奈米線,正被用作下一代電晶體的溝道,以及超靈敏的探測器——在那裡,僅僅一個分子落到線的表面上,就能可測地改變它所傳導的電流。
奈米線極細,單單一個分子落在它表面,就足以改變它傳導的電流。
人們有時把「奈米線」和「量子線」當作同義詞,但嚴格說來,只有當一根線細到足以讓電子的波感受到那種擠壓時,它才算得上量子線——較粗的奈米線,行為可能仍像普通的大塊金屬。
又稱
另見