上游充通大学 根据具体实现方式不同，我将纳米超导线分为两种，一种是上面提到的直径在 10nm-l00nm尺度的超导线。另一种则是尺度更小的超导线。当导线的尺度进一步减小到小 于10nm时，量子效应显著，情况就会很不一样。 在尺度不太小的时候，导线中的电流还是以电场的形式向前传播，这个速度理论上接近 光速。这时候用高频变化的电流进行信息的传输是可行的。但在尺度小于10m时，量子效 应十分显著。在这种情况下无法通过高频电流进行信息传输。 这里不得不提一提BCS理论。在温度较低时，根据BCS理论，电子在晶格中移动时会 吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的 高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的5结合能相结合配对。在很低的 温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交 换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。形成的电子配对称为Cooper电对。 有迹象表明，在温度逐渐升高时这时候，实际上还是存在电子形成的Cooper电对（也 有研究说在温度较高情况下，Cooper电对的形态并不是以单独的电子对的形式而是以更复 杂的方式实现超导，具体的机理还有待探究)，在进行传输而不是以电场的形式。 所以我想到了第二种信息传递的实现形式，不是以电流的形式，而是实现对电子各种状 态的控制，实现单位时间更大数据量的传输。电子的状态非常丰富，而且同一个（或者一组） Cooper电对则能实现更高位数的信息储量。 2.2.理想形态 下图是我设想的超导线的形态。 低温层 纳米超导线 纳米超导线单元 绝缘层 电磁屏蔽层 Fig.6 The ideal form 这个图是我在最初设想的一个结构，比较简明的表示了纳米超导线的基本组成。主体 是纳米超导线，然后在每股纳米超导线外面用绝缘层包裹，很多股超导线组成一束，绝缘 层可以有效的防止内部导线的窜流。同时，在导线的外部加一层电磁屏蔽层有效地防止外 界电磁信号的干扰同时有效防止窃听。鉴于超导还没有在接近常温的条件下实现，故需要 一层低温层在超导线的最外层。 这是一个大体的设想。后来我仔细一想，具体的超导线结构可以参照如今研究较多的 超导电缆，虽然超导电缆主要用于电能的输送，但用来传递电信号也是没有问题的，而且 在设计的过程中也需要考虑相似的一些问题。根据具体实现方式不同，我将纳米超导线分为两种，一种是上面提到的直径在 10nm-100nm 尺度的超导线。另一种则是尺度更小的超导线。当导线的尺度进一步减小到小 于 10nm 时，量子效应显著，情况就会很不一样。 在尺度不太小的时候，导线中的电流还是以电场的形式向前传播，这个速度理论上接近 光速。这时候用高频变化的电流进行信息的传输是可行的。但在尺度小于 10nm 时，量子效 应十分显著。在这种情况下无法通过高频电流进行信息传输。 这里不得不提一提 BCS 理论。在温度较低时，根据 BCS 理论，电子在晶格中移动时会 吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的 高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的 5 结合能相结合配对。在很低的 温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交 换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。[6]形成的电子配对称为 Cooper 电对。 有迹象表明，在温度逐渐升高时这时候，实际上还是存在电子形成的 Cooper 电对（也 有研究说在温度较高情况下，Cooper 电对的形态并不是以单独的电子对的形式而是以更复 杂的方式实现超导，具体的机理还有待探究[6]），在进行传输而不是以电场的形式。 所以我想到了第二种信息传递的实现形式，不是以电流的形式，而是实现对电子各种状 态的控制，实现单位时间更大数据量的传输。电子的状态非常丰富，而且同一个（或者一组） Cooper 电对则能实现更高位数的信息储量。 2.2. 理想形态 下图是我设想的超导线的形态。 Fig. 6 The ideal form 这个图是我在最初设想的一个结构，比较简明的表示了纳米超导线的基本组成。主体 是纳米超导线，然后在每股纳米超导线外面用绝缘层包裹，很多股超导线组成一束，绝缘 层可以有效的防止内部导线的窜流。同时，在导线的外部加一层电磁屏蔽层有效地防止外 界电磁信号的干扰同时有效防止窃听。鉴于超导还没有在接近常温的条件下实现，故需要 一层低温层在超导线的最外层。 这是一个大体的设想。后来我仔细一想，具体的超导线结构可以参照如今研究较多的 超导电缆，虽然超导电缆主要用于电能的输送，但用来传递电信号也是没有问题的，而且 在设计的过程中也需要考虑相似的一些问题