The new carbon nanotube filament is 100,000 times narrower than a standard tungsten filament (Image: SAKKI/Rex Features)
FIG. 1. The carbon nanotube lamp. The four upper images from left to right are ‘‘before’’ (TEM), ‘‘backlight only’’ (optical), ‘‘backlight with nanotube’’ (optical), and ‘‘after’’(TEM). The 4 m 4 m lower images are 4.7 V bias ‘‘nanotube only’’, taken with bandpass filters centered at wavelengths 600–1100 nm (50 nm increments). The lamp is visible to the unaided eye. Higher resolution TEM images (not shown) indicate that the 1:4 m long nanotube has 11 walls and an outer diameter of 13 nm.
PRL 102, 187402 (2009)
FIG. 2 (color online). Composite overlay constructed from the 600 nm and post-heating TEM images shown separately in Fig. 1. The optical CCD pixels have effective linear dimension ¼ 127 nm. Also shown are all 11 one standard-deviation intensity boundaries implied by 2D Gaussian fits to the ‘‘nanotube only’’ images of Fig. 1.
PRL 102, 187402 (2009)
美用奈米碳管製造出世界最小白熾燈
用於解釋量子力學和經典物理學的差別
引自科學網
英國《新科學家New Scientist》雜誌報導，美國科學家使用一個奈米碳管(CNT)製造出了世界上最小的白熾燈，燈絲長1.4微米、寬13奈米。
美國加州大學(the University of California, Los Angeles)的克瑞斯•雷根(Chris Regan)團隊，將一個鈀和金電極分別黏附于奈米碳管的兩端，奈米碳管則穿過一個矽晶片上的細小的洞，被置於真空中。當電流通過奈米碳管時，奈米碳管被加熱並且開始發光，每秒釋放出幾百萬個光子，其中的幾千個光子進入眼睛。雷根說：“這樣，我們很容易看到光線，人眼對單個光子很敏感，但這個燈不太適合用來看書。”
科學家製造出這個世界上最小的白熾燈，主要用它來作為一個“橋樑”———溝通物理學中的熱力學理論和量子力學理論之間的不相容。
熱力學第二定律稱，熵隨著時間而增加，但是，在量子力學中，時間並不是單向的，無論你前後移動，都不會增加熵。那麼，如何從量子力學理論過渡到熱力學理論呢？
雷根指出：“這個奈米碳管燈絲可以用來解釋這一點。它足夠大，可以應用熱力學的法則。但它又足夠小，人們可以將其看作一個分子或者一個量子力學系統。”
該團隊使用它來驗證“普朗克黑體輻射定律”，該定律於一個世紀前提出，通過假設不同的物體都可以釋放出能量來計算一個物體可以釋放出多少光線。100多年來，普朗克的假設支撐了量子力學的發展。
普朗克黑體輻射定律假設一個黑體（黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過）釋放出的熱輻射可能是隨機的。例如，一個熱的白熾燈釋放出許多不同顏色的光子，這些光子組合在一起形成了白光。
但是，因為這個奈米碳管燈絲能夠被看作一個量子力學系統，雷根認為，它可能並不會遵守這個法則———與更大的燈絲相比，它所釋放的光子可能並非那麼隨意。
雷根說：“量子力學應用於具有非常少的粒子的系統；熱力學則應用於非常大的粒子。我們還沒有一個理論可以應用於中間區域，這個燈泡給我們提供了機會。”
New Scientist原文報導
World's tiniest lamp spans quantum and classical physics
* 09:00 01 May 2009 by Colin Barras
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Physical Review Letters原文論文
Probing Planck’s Law with Incandescent Light Emission from a Single Carbon Nanotube
Phys. Rev. Lett. 102, 187402 (2009)
Yuwei Fan, S. B. Singer, Raymond Bergstrom, and B. C. Regan*
Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles, California, 90095 and California NanoSystems Institute, Los Angeles, California, 90095
Received 18 January 2009; published 5 May 2009
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