被囚禁的電子和未來的電子學器件
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用光刻技術(shù)做成的
微米尺寸的微機械 |
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把自由運動的電子囚禁在一個小的納米顆粒內(nèi)，或者在一根非常細的短金屬線內(nèi)，線的寬度只有幾個納米，會發(fā)生十分奇妙的事情。由于顆粒內(nèi)的電子運動受到限制，電子動或能量被量子化了。結(jié)果表現(xiàn)在當在金屬顆粒的兩端加上電壓，電壓合適時，金屬顆粒導電；而電壓不合適時金屬顆粒不導電。這樣一來，原本在宏觀世界內(nèi)奉為經(jīng)典的歐姆定律在納米世界內(nèi)不再成立了。還有一種奇怪的現(xiàn)象，當金屬納米顆粒從外電路得到一個額外的電子時，金屬顆粒具有了負電性，它的庫侖力，足以排斥下一個電子從外電路進入金屬顆粒內(nèi)，切斷了電流的連續(xù)性，也使得人們想到是否可以發(fā)展用一個電子來控制的電子器件，所謂單電子器件。單電子器件的尺寸很小，一旦實現(xiàn)，并把它們集成起來作成計算機芯片。計算機的容量和計算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是像人們所設想的那么簡單。起碼有兩個方面的問題向當前的科學技術(shù)
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用光刻技術(shù)做成的
微米尺寸的微機械 |
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提出了挑戰(zhàn)。實際上，被囚禁的電子可不是那么“老實”，按照量子力學的規(guī)律，有時它可以穿過“監(jiān)獄”的壁逃逸出來，一方面在新一代芯片中似乎不用連線而相互關聯(lián)在一起，當然，需要新的設計才能使單電子器件變成集成電路，另一方面也會使芯片的動作不可控制。歸根到底，在這一世界中電子應被看成是“波”而不是一個粒子。所以盡管單電子器件已經(jīng)在實驗室里得以實現(xiàn)，但是真是要用在工業(yè)上，要假以時日，是明天或后天的技術(shù)。
被囚禁在小尺寸內(nèi)的電子的另一種貢獻，會使材料發(fā)出強的光�！傲孔狱c列陣激光器”或“級聯(lián)激光器”的尺寸小，發(fā)光的強度高，驅(qū)動它們發(fā)光的電壓低�？砂l(fā)生蘭光和綠光。用來讀寫光盤可使光盤的存貯密度提高幾倍。還有甚者，如果用“囚禁”原子的小顆粒量子點來存貯數(shù)據(jù)，制成量子磁盤，存貯度可提高成千上萬倍。會給信息存貯的技術(shù)帶來一場革命。
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