ما هي الأسلاك الكمومية

في الفيزياء الوسيطة يعرف السلك الكمومي بأنه سلك قابل لتوصيل الكهرباء، حيث تعمل التأثيرات الكمومية بالتأثير على ميزات النقل؛ حيث تظهر مثل هذه التأثيرات في أبعاد النانومتر، لذلك يشار إليها أيضًا باسم الأسلاك النانوية.

ما هي الأسلاك الكمومية

السلك الكمومي هو كابل أو سلك، غالبًا ما يشبه في وظيفته الأسلاك النحاسية، ولكنه مصنوع من أنابيب نانوية لعنصر معين، عادةً يكون الكربون.

تكون الأسلاك الكمومية موصلات، ولكن يمكن تصنيعها أيضًا كعوازل أو أشباه موصلات، وتكون هذه الأسلاك مثالية لوظائف الأسلاك الكهربائية وللاستخدام في المركبات الفضائية لأنها أصغر حجمًا وأخف وزنًا من نظيراتها المعدنية. ومع ذلك، فإن إنتاجها مكلف.

تصنيع الأسلاك الكمومية

• يتم إنتاج النقطة الكمومية وأشباه الموصلات من الأسلاك الكمومية في نطاق النانو، وذلك بواسطة عملية تستخدم طبقة سطحية من أكسيد الألومنيوم صغيرة المسام على ركيزة معدنية من الألومنيوم كقالب لمواد أشباه الموصلات.

• يتم تحضير الطبقة السطحية الصغيرة التي يسهل اختراقها بأكسيد ركيزة من الألومنيوم في حمام حمضي؛ ثم يتم ترسيب المعدن القادر على تكوين مركب شبه موصل كهربائيًا في المسام الدقيقة السطحية، ويتم حفر الأكسيد جزئيًا أو كليًا، ويتفاعل المعدن المترسب مع كاشف سائل أو غازي لتحويله كيميائيًا إلى مركب شبه موصل.

• من خلال عملية الاختراع، يتم إنتاج نقطة كمومية أو أشباه موصلات من الأسلاك الكمومية في شكل مصفوفة متوازية بشكل كبير. حيث تتميز الأسلاك الكمومية بأنها خفيفة الوزن وموصلية كهربائية عالية وقطر صغير وتفاعل كيميائي منخفض وقوة شد عالية.

صنع أسلاك كمومية من الأنابيب النانوية الكربونية

من الممكن صنع أسلاك كمومية من الأنابيب النانوية الكربونية المعدنية، بكميات محدودة على الأقل؛ وتشمل مزايا تصنيع الأسلاك من الأنابيب النانوية الكربونية الموصلية الكهربائية العالية؛ بسبب قابلية الحركة العالية والوزن الخفيف والقطر الصغير والتفاعل الكيميائي المنخفض وقوة الشد العالية، إذ أن العيب الرئيسي هو التكلفة العالية.

لقد زُعم أنه من الممكن إنشاء أسلاك كمومية عيانيه؛ باستخدام حبل من الأنابيب النانوية الكربونية؛ وليس من الضروري أن تسافر أي ألياف مفردة بطول كامل، لأن النفق الكمومي سيسمح للإلكترونات بالقفز من خيط إلى آخر؛ وهذا يجعل الأسلاك الكمومية مثيرة للاهتمام للاستخدامات التجارية.

في أبريل 2005، استثمرت وكالة ناسا 11 مليون دولار على مدى أربع سنوات مع جامعة رايس لتطوير سلك كمي بموصلية أفضل بعشر مرات من النحاس عند سدس وزنه؛ حيث سيتم تصنيعه من الأنابيب النانوية الكربونية وسيساعد على تقليل وزن مكوك الجيل التالي؛ ولكن يمكن أن يكون لها أيضًا تطبيقات واسعة النطاق.

تطبيقات الأسلاك الكمومية

تستخدم الأسلاك الكمومية في الالكترونيات، وتستخدم في كاشفات الأشعة تحت الحمراء، وفي الكترونيات عالية السرعة، ويستخدم في أدوار ضوئية ككاشف ضوئي ويوضع في الخلايا الشمسية وثنائي صمام نفق وفي شبكات (TFET  SET NWFET) وفي أجهزة كشف الضوئية المفرد، وتعتبر كاشف الفوتون المفرد.

ويعتبر السلك الكمي مصدر ضوئي واحد وكاشف ضوئي، وهو يوضع في الخلايا الشمسية كموصل إلكتروني، وكالإلكترونيات ضوئية وبواعث الضوء والليزر وكاشفات للجسيمات الإشعاعية والأشعة فوق البنفسجية، وفي المجال الجوي عالي السرعة وعالية الطاقة ومصادر انبعاث المجال والركائز الكيميائية الحيوية للموضع، وبواعث الفوتون وفي الأشعة فوق البنفسجية العالية والمنخفضة الحرارة.

تعتبر الأسلاك الكمومية عبارة عن هياكل نانوية يبلغ قطرها نانومتر، وهناك أنواع مختلفة من الأسلاك الكمومية مثل التوصيل الفائق والمعدني وأشباه الموصلات والعزل.