碳纳米管在未来纳电子器件与电路中的潜在应用是人们近年来普遍感兴趣的话题。考虑到碳纳米管作为纳电子器件或电路的互连导线，电子在碳纳米管中的输运行为是人们研究的重点。目前人们普遍认为，由于弹道输运特性，碳纳米管所承载的电流大小比目前使用的铝或铜金属互连线高几个数量级。人们观察到流经金属性单壁碳纳米管的电流饱和在20－25微安，对应的量子电导为2G0；对多壁碳纳米管的测量发现饱和电流基本具有相同的数量级。但由于电极接触与测量方法的问题，目前对多壁碳纳米管的电流测量实际只是来自多壁管外层管壁的贡献，并没有反映出大量内层管壁的导电作用。

最近，中国科学院物理研究所微加工实验室顾长志研究员领导的课题组与表面物理国家重点实验室的吕文刚副研究员和白雪冬副研究员合作，在W衬底上制备了分立的多壁碳纳米管，并采用自建的双探针扫描电镜原位测量系统，使测量电极与单根多壁碳纳米管的每层管壁均实现了完美接触，极大地提高了多壁碳纳米管的电流承载能力，所测得的外径为100纳米的多壁碳纳米管在室温下的饱和电流达到了7.27毫安，对应的量子电导为490G0，且与管的长度无关。这一研究结果表明在多壁碳纳米管中实现了多通道弹道输运。理论研究表明，对大直径的多壁碳纳米管，室温下电子的平均自由程可达几十微米，同时温度能显著提高有效通道数。理论上得到的量子电导与实验结果很好地符合。

这项工作是人们首次实现了在多壁碳纳米管中所有管壁共同参与的导电， 使多壁碳纳米管的饱和电流和量子电导提高了两个数量级以上，为实现多壁碳纳米管在纳电子器件与电路方面的应用奠定了基础。该成果被选作封面图片（cover image）发表在8月19日的Physical Review Letters上[Vol. 95, 086601, 2005]。

该工作得到中科院“百人计划”，国家973项目、国家纳米科学中心和物理所设备改造项目的支持。

相关链接：Multichannel Ballistic Transport in Multiwall Carbon Nanotubes, Physical Review Letters, 95(2005)086601.

科学时报：创新设备技术 打开未知世界之窗 

     中科院物理所在多壁碳纳米管中发现多通道弹道输运现象

科学时报北京11月20日讯(记者刘英楠)“只有在买来的仪器上做一流的改进，才能够做出一流、全新的工作。”2004年6月6日在中央电视台国际频道《对话路甬祥，创新跨越》节目中，中国科学院院长路甬祥在谈到设备与技术创新时作出的这一判断，在中科院物理所最近取得的一项研究成果中得到验证。
    正是通过对扫描电子显微镜的创造性改造，中科院物理所微加工实验室主任顾长志等研究人员大大提高了该设备的观测性能，然后在其支持下开展研究，首次在多壁碳纳米管中实现所有管壁共同参与的导电，使其饱和电流和量子电导提高两个数量级以上，为其在纳电子器件与电路方面的应用奠定了基础。

碳纳米管的一个诱人应用，即作为目前微电子和未来纳电子器件与电路的互连线，在未来取代铝、铜导线以延续摩尔定律。为此，科学家努力研究电子在碳纳米管中的输运行为。顾长志介绍，目前人们普遍认为，由于弹道输运特性，碳纳米管所承载的电流比目前使用的铝、铜线高几个数量级。观察显示，流经金属性单壁碳纳米管的电流饱和在20～25微安，多壁碳纳米管的饱和电流基本处于相同的数量级。但由于电极接触与测量方法的问题，目前测量到的多壁碳纳米管电流，实际只来自多壁管外层管壁的贡献，并没反映出大量内层管壁的导电作用。

顾长志等认识到，目前人们对多壁碳纳米管的理解存在局限性，为全面了解其本征物理性质，为未来应用奠定基础，必须考虑对现有测量设备和技术进行创造性改进，实现一般商业设备所不具备的先进性能和独特功能，以达到探索物质世界本质规律的目标。2003年，他们提出对扫描电子显微镜设备进行创造性改造，以建立多探针的原位物性测量系统，重点实现纳米材料与结构的原位、局域电学和力学性能的测量的建议，得到物理所专家和领导的重视。在该所设备改造项目的支持下，项目于2004年顺利完成并申请专利。
   采用自建的双探针扫描电镜原位测量系统，顾长志课题组与该所表面物理国家重点实验室的吕文刚、白雪冬副研究员合作，在W衬底上制备了分立的多壁碳纳米管，使测量电极与单根多壁碳纳米管的每层管壁均实现完美接触，极大提高了多壁碳纳米管的电流承载能力，所测得的外径为100纳米的多壁碳纳米管在室温下的饱和电流达到7.27毫安，且与管长无关。该研究首次在多壁碳纳米管中实现多通道弹道输运，所得结果与理论计算也符合得很好。该成果于近日作为封面文章发表在美国《物理学评论快报》以来，得到国际同行的广泛关注,被认为会对未来微纳电子电路与器件产生重要影响。