Filo quantico

Nella fisica della materia condensata, un filo quantico (dall'inglese quantum wire) è un filo conduttore di elettricità, nel quale gli effetti quantistici condizionano le proprietà di conduzione. A causa del confinamento degli elettroni di conduzione nella direzione trasversale del filo, la loro energia trasversa è quantizzata in una serie di valori discreti: ${\displaystyle E_{0}}$ (stato fondamentale, minimo valore dell'energia), ${\displaystyle E_{1}}$,... Una conseguenza di questa quantizzazione è che la classica formula per calcolare la resistenza di un filo elettrico :

${\displaystyle R=\rho {l \over A}}$

non è valida per i fili quantici (dove ${\displaystyle \rho }$ è la resistività, ${\displaystyle l}$ è la lunghezza del filo, e ${\displaystyle A}$ è l'area della sezione trasversale del filo).

Per questo motivo è necessario un calcolo esatto dell'energia trasversa degli elettroni confinati per valutare la resistenza del filo. Come conseguenza della quantizzazione dell'energia dell'elettrone si ha che anche la resistenza è quantizzata. L'entità della quantizzazione è inversamente proporzionale al diametro del nanofilo per un dato materiale. Essa inoltre dipende dalle proprietà elettroniche del materiale e dalla massa efficace degli elettroni. In altri termini questo significa che dipende da come gli elettroni di conduzione interagiscono con gli atomi interni al materiale considerato. In pratica i semiconduttori mostrano una buona quantizzazione della conduttanza per fili con diametri di grandi dimensioni (100 nm) perché gli elettroni hanno un confinamento esteso.

Per i metalli, la quantizzazione corrispondente al più basso stato di energia si osserva solo nei fili atomici.