围栏|囚禁于纳米围栏中的量子( 四 ) 纳米|囚禁|量子|cu|fe

很显然，研究量子尺寸效应最简单的办法即将研究对象做到很小，然后评估性能与尺寸之间的关系，看看其如何偏离传统物理机制。不过，这样的研究纯粹是经验和间接的，无法直接和定量体现量子尺寸效应到底呈现什么时空特征。出路在哪里呢？虽然经过日积月累，探测量子尺寸效应的手段和方法已经有很多，但STM看起来正在成为最合适的手段之一：STM扫描隧道显微术不仅可获得样品表面(通常是金属和半导体)原子级别的形貌，还可以提取它的局域态密度的时空信息。除此之外，STM的另外一个独具特色的功能——在样品表面进行原子操纵——使得人们可以在样品表面操纵原子来自由地构造某些结构，定量研究量子效应。
从这个意义上，量子围栏就成为研究量子尺寸效应的择优对象之一类。原因无他，即STM配合量子围栏，可以随意制造各种量子尺寸效应的场景，然后实地表征量子围栏中的各种量子干涉、纠缠、关联和其他相关效应。技术上，这种研究只需STM一套、巧手一双、有耐心的脑袋一枚，便可以在Cu、Ag等(111)面上按照Go – Go – Go的模式下围棋，从而下出千万种变化、千万种潮流、甚至是宇宙流。
4.囚禁于围栏的量子
物理上，通常根据尺寸量子化的维数，将量子尺寸效应分为三类：
(1)一维受限超薄膜(指薄膜厚度方向)。
(2)二维受限纳米围栏和岛(平面内受限尺寸)。
(3)三维受限量子点(三维受限)。
一维薄膜中量子尺寸效应的实验能够追溯到1966年。当时发现在铋(Bi)超薄膜中，电阻率、霍尔系数和磁电阻均呈现出厚度依赖的现象，而宏观上这些性质应该与厚度无关。此后，薄膜中量子尺寸效应被拓展到光学、相变、超导和磁性等领域。应用方面，薄膜量子尺寸效应能够用来改变磁性薄膜层间耦合作用，并调控巨磁阻。对量子点中三维量子尺寸效应的研究始于1980 年代末。量子点在医学和屏幕显示上均有广泛应用。此外，在实现量子计算的道路上，量子点也提供了一种可供选择的技术方案。至于二维平面量子受限效应的关注则与器件小型化有密切关联，所以IBM 这样的商业公司才会对此颇感兴趣。如图4所示，笔者在这里将主要讨论纳米量子围栏中的二维量子尺寸效应[1]。
如前所述，对量子围栏尺寸效应的开创性研究除了图1所示的电子态量子束缚，还有近藤共振的量子海市蜃楼效应。除此之外，量子尺寸效应也被用来引导原子扩散与自组织、控制统计涨落和调制近藤温度。最近的研究工作表明，不依赖于近藤效应的量子海市蜃楼效应能够在费米能附近较宽的能量范围内存在，引起广泛关注。更重要的是，与近藤无关的量子海市蜃楼信号甚至能够比原物态的信号更强，颇有些无中生有的味道。基于这些优点，物理人设想借助于操纵与近藤无关的量子海市蜃楼，可能实现基本逻辑门，例如“非门”、“扇出门”及“或门”等。这里有趣的思路是：海市蜃楼本来就是无中生有，现在竟然可以用无中生有来实现真实的功能，是否有海市蜃楼的感觉！