低维与纳米尺度系统
弹道输运
/ buh-LIS-tik TRANS-port /
设想穿过一个挤满人的房间。通常你得在人群里磕磕碰碰、左闪右躲,路线歪歪扭扭,到达时已是一脸狼狈。但如果房间恰好空着,你便能径直走过去、谁都碰不到,就像一只抛出的球干净利落地飞过空气。电子有时也能恰恰以这第二种方式穿过一个微小的样品。
弹道输运指的是电子流过一个小而干净的样品,干净到它们穿越其中却不被任何东西散射——既不与振动的原子相撞,也不被杂质弹开。通常一个电子只走过一段典型的短距离,即它的平均自由程,便会撞上东西、改变方向;而当整个样品比这段距离还短时,弹道输运就发生了,于是一个电子从一端径直驶向另一端。没有碰撞来拖慢它们,这些电子传导电流的方式,便从根本上不同于普通导线里的电子。
这之所以重要,是因为它是窥见纯粹量子行为的一扇窗,也是通往更快、运行更凉的纳米器件的途径,因为在普通导体里,正是碰撞把能量浪费成热。诚实的提醒是:弹道输运很脆弱:它通常要求很小的样品、很干净的材料,往往还要很低的温度,因为温暖会让原子振动起来,而这些振动恰恰是电子必须躲开的障碍。
在一根干净的碳纳米管里,一个电子能走完整根管子的长度——好几百纳米——而一次碰撞都不发生。因为一路上没有任何东西散射它,这根管子在那一小段距离上,便几乎像一根完美无损的导线。
在一根干净的碳纳米管里,电子能穿过全长而一次碰撞都不发生。
弹道并不意味着没有电阻:即便样品内部没有任何电子被散射,在窄沟道与宽引线相接的触点处,仍会出现一个真实的电阻——这是由有多少量子通道被打开所设定的一个内禀极限。
又称
另见