Co je kvantový drát?
Kvantový drát je kabel nebo drát, často ve své funkci jako měděný drát, ale vyrobený s nanotrubicemi specifického prvku, obvykle uhlíku. Kvantové dráty jsou obvykle vodiče, ale mohou být také vyrobeny jako izolátory nebo polovodiče. Tyto dráty jsou ideální pro funkce elektrického zapojení a pro použití v kosmických lodích, protože jsou menší a lehčí než jejich kovové protějšky. Výroba je však nákladná.
Nanotrubice jsou umělé mikroskopické trubice o průměru 1 nanometr, které měří 1 miliardtinu metru. Ve srovnání se průměr jednoho lidského vlasu měří v mikrometrech, které jsou 1 000krát větší než nanometr. Nanotrubice se používají nejen k vytváření kvantového drátu, ale používají se v různých vědeckých oborech, včetně lékařského výzkumu.
Objeveny v roce 1991, nanotrubice se vyrábějí, když je laser vystřelen na čistou látku, například uhlík. Původně se jednalo o zdlouhavý proces s mnoha potenciálními nanotrubicemi vyřazenými, protože neodpovídaly požadavkům na velikost, ale vědci z Rice University zdokonalili proces výroby odpovídajících nanotrubic do roku 1996.
Nanotrubice musí být spojeny nebo zkrouceny v řetězech, aby vytvořily kvantové dráty, které mají vyšší vodivost než měděné dráty, nejlepší kovový vodič elektřiny. Teoreticky má kvantový drát jednu šestinu hmotnosti měděného drátu a může vést elektřinu až desetkrát účinněji. Kovové kvantové dráty mohou být vyrobeny z niklu (Ni) nebo zlata (Au). Tyto dráty jsou většinou stále experimentální, ale mají využití v elektronice a optice.
Pravděpodobně nejvíce vědecky vzrušujícím typem kvantového drátu jsou však ty, které jsou vyrobeny z uhlíkových nanotrubic. V roce 2005 univerzita Rice University prováděla rozsáhlý výzkum výroby kvantového drátu z uhlíkových nanotrubic pomocí grantu 11 milionů amerických dolarů (USD) od Národní správy letectví a vesmíru Spojených států (NASA). Rice University, která měla být dokončena v roce 2010, byla pověřena úkolem vytvořit kvantový drát dostatečně dlouho, aby bylo možné jej použít v kosmických lodích.
Vzhledem k tomu, že dráty jsou lehčí a účinnější, NASA a další vědci se domnívají, že kvantové dráty by mohly být nástrojem, který umožní kosmickým lodím cestovat dále do vesmíru, protože každá další libra stojí kosmickou loď více paliva. Vědci mají problémy s výrobou dostatečného množství nanotrubek, aby vytvořili dlouhé délky drátu, protože k jejich zkroucení na dráty je zapotřebí velmi specifický tvar nanotrubic, nazývaný „křeslo pro rameno“. V roce 2005 měla pouze dvě procenta nanotrubek správný tvar pro použití. Od roku 2010 však vědci z Rice University dosáhli značného pokroku při řešení problému, ale stále je třeba dalšího výzkumu.