开启未知世界
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被囚禁的电子和未来的电子学器件

用光刻技术做成的
微米尺寸的微机械

  把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内,或者在一根非常细的短金属线内,线的宽度只有几个纳米,会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制,电子动或能量被量子化了。结果表现在当在金属颗粒的两端加上电压,电压合适时,金属颗粒导电;而电压不合适时金属颗粒不导电。这样一来,原本在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内不再成立了。还有一种奇怪的现象,当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时,金属颗粒具有了负电性,它的库仑力,足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内,切断了电流的连续性,也使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件,所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小,一旦实现,并把它们集成起来作成计算机芯片。计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。然而,事情可不是像人们所设想的那么简单。起码有两个方面的问题向当前的科学技术

用光刻技术做成的
微米尺寸的微机械

提出了挑战。实际上,被囚禁的电子可不是那么“老实”,按照量子力学的规律,有时它可以穿过“监狱”的壁逃逸出来,一方面在新一代芯片中似乎不用连线而相互关联在一起,当然,需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路,另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根到底,在这一世界中电子应被看成是“波”而不是一个粒子。所以尽管单电子器件已经在实验室里得以实现,但是真是要用在工业上,要假以时日,是明天或后天的技术。

  被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献,会使材料发出强的光。“量子点列阵激光器”或“级联激光器”的尺寸小,发光的强度高,驱动它们发光的电压低。可发生兰光和绿光。用来读写光盘可使光盘的存贮密度提高几倍。还有甚者,如果用“囚禁”原子的小颗粒量子点来存贮数据,制成量子磁盘,存贮度可提高成千上万倍。会给信息存贮的技术带来一场革命。

 

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