量子ワイヤーとは？

量子ワイヤはケーブルまたはワイヤで、多くの場合機能が銅線に似ていますが、特定の元素、通常はカーボンのナノチューブで作られています。 量子ワイヤは通常導体ですが、絶縁体または半導体として作成することもできます。 これらのワイヤは、金属ワイヤよりも小さくて軽いため、電気配線機能や宇宙船での使用に最適です。 しかし、それらは生産するのに高価です。

ナノチューブは、直径1ナノメートルの10億分の1メートルの人工の微小管です。 これに対して、人間の髪の毛1本の直径はマイクロメートルで測定され、ナノメートルの1,000倍です。 ナノチューブは、量子細線の作成に使用されるだけでなく、医学研究を含むさまざまな科学分野で使用されます。

1991年に発見されたカーボンナノチューブは、カーボンなどの純粋な物質にレーザーを照射すると作成されます。 もともとこれはサイズ要件に適合しなかったため、多くの潜在的なナノチューブが廃棄された長いプロセスでしたが、ライス大学の研究者は1996年までに適切なサイズのナノチューブを作るプロセスを完成させました。

ナノチューブを鎖でつなぐか、ねじって、量子ワイヤを形成する必要があります。量子ワイヤは、電気の最高の金属導体である銅ワイヤよりも高い導電性を持っています。 理論的には、量子ワイヤは銅ワイヤの6分の1の重量で、最大10倍の効率で電気を伝導できます。 金属量子ワイヤは、ニッケル（Ni）または金（Au）でできています。 これらのワイヤはまだほとんど実験的ですが、電子機器や光学機器で使用されています。

しかし、おそらく最も科学的に刺激的なタイプの量子細線は、カーボンナノチューブから作られたものです。 2005年、ライス大学は、米国航空宇宙局（NASA）からの1,100万ドル（USD）の助成金を使用して、カーボンナノチューブから量子ワイヤを作成するための広範な研究を行っていました。 2010年に完成する予定のライス大学は、宇宙船で使用するのに十分な長さの量子細線を作成するタスクを担当しました。

ワイヤはより軽量でより効率的であるため、NASAや他の科学者は、1ポンド余分に宇宙船の燃料を消費するため、宇宙船が宇宙空間をより遠くまで移動するのに量子ワイヤが役立つと考えています。 科学者は、長尺のワイヤを作成するのに十分なナノチューブを生成するのに問題がありますが、「アームチェア」と呼ばれる非常に特殊なナノチューブ形状は、それらをワイヤにねじるために必要です。 2005年には、ナノチューブの2パーセントのみが使用に適した形状でした。 ただし、2010年現在、ライス大学の研究者は問題の解決にかなりの進歩を遂げていましたが、さらに研究が必要でした。