Что такое квантовый провод?

Квантовый провод - это кабель или провод, часто сходный по функциям с медным проводом, но изготовленный из нанотрубок определенного элемента, обычно из углерода. Квантовые провода обычно являются проводниками, но также могут быть выполнены в виде изоляторов или полупроводников. Эти провода идеально подходят для функций электропроводки и для использования на космических кораблях, потому что они меньше и легче, чем их металлические аналоги. Они, однако, дороги в производстве.

Нанотрубки - это искусственные микроскопические трубки диаметром 1 нанометр, который измеряет 1 миллиардную часть метра. Для сравнения, диаметр одного человеческого волоса измеряется в микрометрах, которые в 1000 раз больше нанометра. Нанотрубки используются не только для создания квантовой проволоки, но и в различных областях науки, включая медицинские исследования.

Обнаруженные в 1991 году нанотрубки сделаны, когда лазер стреляет в чистое вещество, такое как углерод. Первоначально это был длительный процесс, при котором многие потенциальные нанотрубки были отброшены, поскольку они не соответствовали требованиям к размеру, но исследователи из Университета Райса усовершенствовали процесс изготовления нанотрубок соответствующего размера к 1996 году.

Нанотрубки должны быть связаны или скручены в цепочки, чтобы образовать квантовые провода, которые имеют более высокую проводимость, чем медные провода, лучший металлический проводник электричества. Теоретически, квантовый провод имеет одну шестую веса медного провода и может проводить электричество в десять раз более эффективно. Металлические квантовые провода могут быть изготовлены из никеля (Ni) или золота (Au). Эти провода в основном все еще экспериментальные, но используются в электронике и оптике.

Однако, возможно, наиболее научно интересный тип квантовой проволоки - это углеродные нанотрубки. В 2005 году Университет Райс проводил обширные исследования по созданию квантовой проволоки из углеродных нанотрубок, используя грант в размере 11 миллионов долларов США (USD) от Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Планируется, что он будет завершен в 2010 году. Университет Райса должен был создать квантовую проволоку, достаточно длинную для использования в космических кораблях.

Поскольку провода легче и эффективнее, НАСА и другие ученые считают, что квантовые провода могли бы помочь космическим кораблям перемещаться дальше в космос, поскольку каждый лишний фунт стоит космическому кораблю больше топлива. Ученые испытывают проблемы с производством достаточного количества нанотрубок для изготовления проволоки большой длины, однако, поскольку для их скручивания в проволоку необходима очень специфическая форма нанотрубки, называемая «кресло». В 2005 году только два процента нанотрубок имели правильную форму для использования. Однако по состоянию на 2010 год исследователи из Университета Райса достигли значительного прогресса в решении этой проблемы, но все еще необходимы дополнительные исследования.