被囚禁的電子和未來的電子學(xué)器件
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用光刻技術(shù)做成的
微米尺寸的微機(jī)械 |
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把自由運(yùn)動(dòng)的電子囚禁在一個(gè)小的納米顆粒內(nèi)，或者在一根非常細(xì)的短金屬線內(nèi)，線的寬度只有幾個(gè)納米，會(huì)發(fā)生十分奇妙的事情。由于顆粒內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)受到限制，電子動(dòng)或能量被量子化了。結(jié)果表現(xiàn)在當(dāng)在金屬顆粒的兩端加上電壓，電壓合適時(shí)，金屬顆粒導(dǎo)電；而電壓不合適時(shí)金屬顆粒不導(dǎo)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(dāng)金屬納米顆粒從外電路得到一個(gè)額外的電子時(shí)，金屬顆粒具有了負(fù)電性，它的庫侖力，足以排斥下一個(gè)電子從外電路進(jìn)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(gè)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(shí)現(xiàn)，并把它們集成起來作成計(jì)算機(jī)芯片。計(jì)算機(jī)的容量和計(jì)算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是像人們所設(shè)想的那么簡(jiǎn)單。起碼有兩個(gè)方面的問題向當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)
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用光刻技術(shù)做成的
微米尺寸的微機(jī)械 |
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提出了挑戰(zhàn)。實(shí)際上，被囚禁的電子可不是那么“老實(shí)”，按照量子力學(xué)的規(guī)律，有時(shí)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(guān)聯(lián)在一起，當(dāng)然，需要新的設(shè)計(jì)才能使單電子器件變成集成電路，另一方面也會(huì)使芯片的動(dòng)作不可控制。歸根到底，在這一世界中電子應(yīng)被看成是“波”而不是一個(gè)粒子。所以盡管單電子器件已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里得以實(shí)現(xiàn)，但是真是要用在工業(yè)上，要假以時(shí)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(xiàn)，會(huì)使材料發(fā)出強(qiáng)的光�！傲孔狱c(diǎn)列陣激光器”或“級(jí)聯(lián)激光器”的尺寸小，發(fā)光的強(qiáng)度高，驅(qū)動(dòng)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(diǎn)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(huì)給信息存貯的技術(shù)帶來一場(chǎng)革命。
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