Kas ir kvantu vads?

Nanocaurules ir mākslīgas mikroskopiskas caurules, kuru diametrs ir 1 nanometrs, kas mēra 1 miljardo daļu no metra. Salīdzinājumam, viena cilvēka mata diametrs tiek mērīts mikrometros, kas ir 1,000 reižu lielāki par nanometru. Nanocaurules izmanto ne tikai kvantu stieples izveidošanai, bet tās izmanto dažādās zinātnes jomās, tostarp medicīniskajos pētījumos.

1991. gadā atklātās nanocaurules tiek izgatavotas, kad lāzers tiek izšauts uz tīru vielu, piemēram, oglekli. Sākotnēji tas bija ilgstošs process, kurā daudzas potenciālās nanocaurules tika izmestas, jo tās neatbilda izmēra prasībām, taču Raisa universitātes pētnieki bija pilnveidojuši procesu atbilstoša izmēra nanocauruļu izgatavošanai līdz 1996. gadam.

Nanocaurulēm jābūt savienotām vai savītām kopā ķēdēs, lai izveidotu kvantu vadus, kuriem ir augstāka vadītspēja nekā vara stieplēm, kas ir labākais metāla elektrības vadītājs. Teorētiski kvantu stieplei ir viena sestā daļa no vara stieples svara, un tā var vadīt elektrību līdz pat desmit reizēm efektīvāk. Metāla kvantu stieples var būt izgatavotas no niķeļa (Ni) vai zelta (Au). Šie vadi lielākoties joprojām ir eksperimentāli, taču tos izmanto elektronikā un optikā.

Tomēr, iespējams, zinātniski aizraujošākais kvantu stieples veids ir izgatavots no oglekļa nanocaurulēm. 2005. gadā Raisa universitāte veica plašu pētījumu par kvantu stieples izgatavošanu no oglekļa nanocaurulēm, izmantojot ASV Nacionālās aeronautikas un kosmosa administrācijas (NASA) dotāciju 11 miljonu ASV dolāru (USD) apmērā. Plānots, ka Rīsa universitāte tiks pabeigta 2010. gadā, un tai tika uzdots izveidot pietiekami garu kvantu vadu, lai to izmantotu kosmosa kuģos.

Tā kā vadi ir vieglāki un efektīvāki, NASA un citi zinātnieki uzskata, ka kvantu vadi varētu būt noderīgi, lai kosmosa kuģi varētu ceļot tālāk kosmosā, jo katra papildu mārciņa kosmosa kuģim izmaksā vairāk degvielas. Zinātniekiem ir problēmas ražot pietiekami daudz nanocauruļu, lai izveidotu garas stieples, tomēr, tā kā ir nepieciešama ļoti specifiska nanocaurules forma, ko sauc par “rokas krēslu”, lai tās savītu stieplēs. 2005. gadā tikai diviem procentiem nanocauruļu bija pareiza forma lietošanai. Tomēr kopš 2010. gada Raisa universitātes pētnieki bija guvuši ievērojamus panākumus problēmas risināšanā, taču joprojām bija nepieciešami papildu pētījumi.