السلوك الكهربائي

تسلك الإلكترونات سلوك الموجات، وسلوك الجسيمات أيضاً. وتستطيع الموجات الإلكترونية أن تقوي بعضها بعضاً أو أن تلغي بعضها بعضاً، وعليه فإن إلكتروناً يدور حول محيط أنبوب نانوي يمكن أن يفني نفسه تماماً، لذا فإن الإلكترونات ذات الطول الموجي الصحيح فقط هي التي تبقى، ففي صفيحة مسطحة من الجرافيت مثلاً، لا تبقى إلا مجموعة فرعية صغيرة عند لف تلك الصفيحة لصنع أنبوب نانوي، وتعتمد تلك المجموعة الفرعية على محيط الأنبوب النانوي، وأيضاً على ما إذا كان الأنبوب النانوي مفتولاً أم لا.
وتوجد في صفيحة من الجرافيت حالة إلكترونية خاصة، يطلق عليها الفيزيائيون «نقطة فِيرمي» التي تكسب الجرافيت خاصية التوصيل، فالإلكترونات في الحالات الأخرى لا تكون حرة ولا قادرة على الحركة، وهناك أنابيب نانوية تسلك مثل أشباه الموصلات، أي مثل السليكون، لا توصل الكهرباء بسهولة، من دون دعم إضافي من الطاقة، متمثلة في دفعة من الضوء يمكنها نقل إلكترونات من حالات التكافؤ إلى حالات التوصيل، فتستطيع الحركة بحرية، وتعتمد كمية الطاقة اللازمة لذلك على الفاصل بين المستويين، وهو ما يسميه العلماء النطاق الفارغ لشبه الموصل، والذي يجعل أشباه الموصلات ذات فائدة في الدارات الكهربائية، ويعود نجاح المهندسين في إنتاج صفائف متنوعة من الأدوات الإلكترونية إلى توفر تنوع كبير من المواد ذوات النطاق الفارغ، ولا تمتلك جميع الأنابيب النانوية النطاق الفارغ ذاته، لأنه توجد لكل محيط من محيطات الدوائر مجموعة وحيدة من حالات التكافؤ وحالات التوصيل، فالأنبوب النانوي الأصغر قطراً له حالات قليلة ومتباعدة كثيراً في الطاقة، وبازدياد قطر الأنابيب النانوية، يزداد عدد الحالات المسموح بها، ويتقلص التباعد فيما بينها، ومن ثم يمكن أن يكون للأنابيب النانوية المختلفة الحجم نطاق فارغ صغير، قد يبلغ صفراً، كما في المعدن، ويمكن أن يكون كبيراً كما في السليكون.
أما سلوك الأنابيب النانوية متعددة الجدران، فأكثر تعقيداً، فلكل طبقة في الأنبوب هندسة مختلفة، فإذا أمكن التحكم في تركيبها بحسب الرغبة، فإنه من الممكن صناعة أنابيب متعددة الجدران وذاتية العزل في الوقت ذاته، مثل الكابلات النانوية المحورية.

انتهى