Was ist ein Quantendraht?
Ein Quantendraht ist ein Kabel oder ein Draht, dessen Funktion häufig der eines Kupferdrahtes ähnelt, der jedoch aus Nanoröhren eines bestimmten Elements, üblicherweise Kohlenstoff, besteht. Quantendrähte sind üblicherweise Leiter, können aber auch als Isolatoren oder Halbleiter ausgeführt sein. Diese Drähte sind ideal für elektrische Verkabelungsfunktionen und für die Verwendung in Raumfahrzeugen, da sie kleiner und leichter als ihre Metallgegenstücke sind. Ihre Herstellung ist jedoch teuer.
Nanoröhren sind künstliche mikroskopische Röhren mit einem Durchmesser von 1 Nanometer, der 1 Milliardstel Meter misst. Im Vergleich dazu wird der Durchmesser eines einzelnen menschlichen Haares in Mikrometern gemessen, die 1000-mal größer als ein Nanometer sind. Nanoröhren werden nicht nur zur Herstellung von Quantendraht verwendet, sondern auch in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Bereichen, einschließlich der medizinischen Forschung.
Die 1991 entdeckten Nanoröhren werden hergestellt, wenn mit einem Laser auf eine reine Substanz wie Kohlenstoff geschossen wird. Ursprünglich war dies ein langwieriger Prozess, bei dem viele potenzielle Nanoröhren verworfen wurden, weil sie nicht den Größenanforderungen entsprachen, doch die Forscher der Rice University hatten 1996 ein Verfahren zur Herstellung von Nanoröhren mit angemessener Größe perfektioniert.
Nanoröhren müssen in Ketten miteinander verbunden oder verdrillt werden, um Quantendrähte zu bilden, die eine höhere Leitfähigkeit aufweisen als Kupferdrähte, der beste metallische Stromleiter. Theoretisch hat ein Quantendraht ein Sechstel des Gewichts eines Kupferdrahtes und kann Strom bis zu zehnmal effizienter leiten. Metallische Quantendrähte können aus Nickel (Ni) oder Gold (Au) bestehen. Diese Drähte sind größtenteils noch experimentell, finden jedoch in der Elektronik und Optik Verwendung.
Die möglicherweise wissenschaftlich aufregendste Art von Quantendraht sind jedoch solche aus Kohlenstoffnanoröhren. Im Jahr 2005 führte die Rice University umfangreiche Forschungen zur Herstellung von Quantendraht aus Kohlenstoffnanoröhren durch, wobei ein Zuschuss von 11 Millionen US-Dollar (USD) von der US-amerikanischen National Aeronautics and Space Administration (NASA) gewährt wurde. Die Rice University soll 2010 fertiggestellt werden und sollte einen Quantendraht herstellen, der lang genug ist, um in Raumfahrzeugen eingesetzt zu werden.
Da die Drähte leichter und effizienter sind, glauben die NASA und andere Wissenschaftler, dass Quantendrähte dazu beitragen könnten, dass Raumschiffe weiter ins All fliegen, da jedes zusätzliche Pfund ein Raumschiff mehr Treibstoff kostet. Wissenschaftler haben jedoch Probleme damit, genügend Nanoröhren zu produzieren, um lange Drahtlängen herzustellen, da eine sehr spezielle Nanoröhrenform, der sogenannte "Armchair", erforderlich ist, um sie zu Drähten zu verdrillen. Im Jahr 2005 hatten nur zwei Prozent der Nanoröhren die richtige Form für die Verwendung. Ab 2010 hatten die Forscher der Rice University jedoch erhebliche Fortschritte bei der Lösung des Problems erzielt, doch es waren noch weitere Forschungsarbeiten erforderlich.