Vad är en kvanttråd?
En kvanttråd är en kabel eller en tråd, ofta liknande funktion som koppartråd, men tillverkad med nanorör av ett specifikt element, vanligtvis kol. Kvantledningar är vanligtvis ledare, men kan också tillverkas som isolatorer eller halvledare. Dessa ledningar är perfekta för elektriska ledningsfunktioner och för användning på rymdfarkoster eftersom de är mindre och lättare än deras motsvarigheter i metall. De är dock dyra att producera.
Nanorör är konstgjorda mikroskopiska rör med en diameter på 1 nanometer, som mäter 1 miljarddels meter. Som jämförelse mäts diametern för ett enda människohår i mikrometer, som är 1 000 gånger större än en nanometer. Nanorör används inte bara för att skapa kvanttråd, utan används inom en mängd vetenskapliga områden, inklusive medicinsk forskning.
Upptäckt 1991 tillverkas nanorör när en laser skjuts på ett rent ämne, till exempel kol. Ursprungligen var detta en lång process med många potentiella nanorör som kasserades eftersom de inte passade storlekskraven, men forskarna från Rice University hade perfekterat en process för att tillverka nanorör i lämplig storlek senast 1996.
Nanorör måste vara länkade eller tvinnade i kedjor för att bilda kvanttrådar, som har en högre konduktivitet än koppartrådar, den bästa metallledaren för elektricitet. I teorin har en kvanttråd en sjättedel av vikten av en koppartråd och kan leda elektricitet upp till tio gånger mer effektivt. Metalliska kvanttrådar kan tillverkas av nickel (Ni) eller guld (Au). Dessa ledningar är till stor del fortfarande experimentella, men har användning inom elektronik och optik.
Kanske den mest vetenskapligt spännande typen av kvanttråd är emellertid sådana tillverkade av kolananorör. 2005 genomförde Rice University omfattande forskning om tillverkning av kvanttråd från kolananorör, med ett bidrag på 11 miljoner amerikanska dollar (USD) från USA: s National Aeronautics and Space Administration (NASA). Rice University var planerad att vara färdig 2010 och fick till uppgift att skapa kvanttråd tillräckligt länge för att användas i rymdskepp.
Eftersom ledningarna är lättare och mer effektiva, tror NASA och andra forskare att kvanttrådar kan vara avgörande för att rymdskepp ska kunna resa längre ut i rymden eftersom varje extra pund kostar ett rymdskepp mer bränsle. Forskare har problem med att producera tillräckligt med nanorör för att få långa trådlängder, eftersom en mycket specifik nanorörform, kallad "armstol", är nödvändig för att vrida dem till trådar. 2005 hade bara två procent av nanorören rätt form för användning. Från och med 2010 hade forskarna från Rice University dock gjort stora framsteg när det gäller att lösa problemet, men mer forskning behövdes fortfarande.