介观物理学又叫什么

Ⅰ 物理学有什麽大的分支

最大的分支：理论物理，实验物理，计算物理。
一般的分支没有统一的分类，可以看看着名的物理学杂志的目录就能知道大概，比如中国物理学会主编的物理学报。
初高中的课程包括力学，热学，电磁学，光学，原子物理学。在大学物理中为基础物理或普通物理，共五门课，还有相应的实验课程。
相应的数学基础有数值分析或计算方法，数学物理方法。
之后是四大力学，是专门的课程，包括理论力学（或经典力学），电动力学，热力学与统计物理，量子力学。
再之后是固体物理，天体物理，这些是选修课。
工科的课程因方向不不同而有不同的课程。
大学物理的特点是知道为什么，并且能把结论推导出来。而初高中的物理只要求知道是什么并应用它，而为什么是这样确没有解答。

Ⅱ 介观的简介

“介观（mesoscopic）”这个词汇，由VanKampen于1981年所创，指的是介乎于微观和宏观之间的状态。
因此，介观尺度就是指介于宏观和微观之间的尺度；一般认为它的尺度在纳米和毫米之间。
介观尺度常常在介观物理学中被提到，而且在凝聚态物理学近年来发展中被广泛应用。
介观体系一方面它们有我们熟悉的微观属性，表现出量子力学的特征；可另一方面，它的尺寸又几乎是宏观的。一般来说，宏观体系的特点是物理量具有自平均性：即可以把宏观物体看成是由许多的小块所组成，每一小块是统计独立的，整个宏观物体所表现出来的性质是各小块的平均值如果减小宏观物体的尺寸，只要还是足够大，测量的物理量，例如电导率，和系统的平均值的差别就很小。当体系的尺寸小到一定的程度，不难想象，由于量子力学的规律，宏观的平均性将消失。人们原来一般认为这样的尺寸一般是原子的尺寸大小，或者说晶体中一个晶格的大小，最多不过几个晶格的尺寸大小。但是80年代的研究表明，这个尺度的大小在某些金属中可以达到微米的数量级，并且随着温度的下降还会增加，它已经超出了人们的预料之外，属于宏观的尺寸大小。
因此，介观物理是一个介于宏观的经典物理和微观的量子物理之间的一个新的领域。在这一领域中，物体的尺寸具有宏观大小，但具有那些我们原来认为只能在微观世界中才能观察到的许多物理现象。因而介观物理涉及量子物理、统计物理和经典物理的一些基本问题。在理论上有许多方面有待深入研究。从应用的角度看，介观物理的研究一方面可以给出现有器件尺寸的减小的下限，这时候原来的理论分析方法如欧姆定律已经不再适用；另一方面，新发现的现象为制作新的量子器件也提供了丰富的思想，也许会成为下一代更小的集成电路的理论基础。

Ⅲ 纳米技术是什么_容易学吗

纳米技术的含义
所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显着地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。
纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
纳米电子器件的特点
以纳米技术制造的电子器件，其性能大大优于传统的电子器件：
工作速度快，纳米电子器件的工作速度是硅器件的1000倍，因而可使产品性能大幅度提高。功耗低，纳米电子器件的功耗仅为硅器件的1/1000。信息存储量大，在一张不足巴掌大的5英寸光盘上，至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书。体积小、重量轻，可使各类电子产品体积和重量大为减小。
感觉大学物理系或者精密仪器相关专业会学到此技术。因为纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，所以不是太容易学习和掌握。供参考。

Ⅳ 介观的介观物理学

介观物理学是物理学中一个新的分支学科。“介观（mesoscopic）”这个词汇，由VanKampen于1981年所创，指得是介乎于微观和宏观之间的尺度。介观物理学所研究的物质尺度和纳米科技的研究尺度有很大重合，所以这一领域的研究常被称为“介观物理和纳米科技”。
对于微观粒子，原则上可以对薛定谔方程进行严格的或近似的求解。对于宏观物质的研究，则应用统计力学的方法，考虑大量粒子的平均性质。处于介观尺度的材料，一方面含有大量粒子，因而对无法薛定谔方程的求解；另一方面，其粒子数又没有多到可以忽略统计涨落的程度。这种涨落称之为介观涨落，是介观材料的一个重要特征。
除了试验和技术上的重要应用外，介观尺度在理论上是探索量子混沌现象的重要场所。混沌现象是宏观经典力学中的普遍现象，但在量子世界中，目前还不能观测到低激发态量子系统的混沌现象。介观物理研究的物质处于量子体系的高激发态，其微观性质和对应的宏观力学性质有很大关联。对应的宏观力学系统行为不同的话（可积系统或是混沌系统），材料的微观性质也会不同。这使得介观物理成为研究量子混沌以及量子力学和经典力学过渡关系的重要领域。
下面来简要地介绍一下介观物理的特征和介观物理的一些新的物理现象。
（一）两种散射，弱局域电性
我们都知道，在量子力学中，体系的状态由波函数来描写。波函数由振幅乘以一个相因子所组成，波函数与经典的波函数一样，满足叠加原理。波函数随时间的演化由薛定谔方程所描述。因面微观粒子有类似于波的一些现象：干涉、衍射等。
为什么通常的物理测量中，与相位相关的相位特征没有被观测到呢？这是因为通常的宏观系统由大量的微观粒子所组成，空间的尺度远大于粒子的德布罗意波长。因此，这些粒子的波函数之间就缺乏足够的相干性。于是，测量结果就是它们的平均值。例如，电子在原子内的运动满足玻尔的量子化规律，即电子的动量与电子绕核的旋转半径的乘积只能是的整数倍，或者说电子绕原子核一周时电子相位的改变只能是的整数倍。这就是原子的玻尔量子化现象。但是，考虑一个导线绕成的一个圆环中运动的电子，由于电子在导线中运动时受到各种散射，电子在比圆环尺寸小得多的尺度上就已经失去了相干性，当然也就观测不到类似于原子理论中玻尔的量子现象了。
当量子理论应用到固体中后，发展成了所谓的固体量子论。固体量子理论的一个历史性的成功就是正确地指出晶体的电阻是因为晶体中无规则分布的杂质所引起的。这些杂质可以是晶体中的掺杂和缺陷、固体中的晶格振动（称为声子）。虽然，对每一个电子的散射是波的散射，但是由于杂质的分布是无规则的，所以一般不考虑散射波之间的相干性，从而可以把电子当作有一定动量和位置的经典粒子来处理，描写晶体的电阻一般是用相空间中的玻尔兹曼方程。
在电子的输运过程中，把一个波矢为的电子散射为的粒子称为背向散射。背向散射在电子的输运过程中起重要的作用。对于具有时间反演性的散射势而言，尽管各次散射是无规的，但是在波矢空间中，散射途径与的散射振幅却总是相干的。两个相干的波函数的叠加的绝对值的平方总是大于各自的绝对值的平方相加。因而这时如果不考虑电子的散射的相位的相干性就会导致与实验不一到的结果。因而这种背向散射将对传统的电导以及输运理论作出修正。维度越低，背向散射越重要。
研究导体中载流子波函数相位相干性，特别是上述涉及一对时间反演对称的无规行走的闭合路径的干涉对输运过程的影响，常称为弱局域化的研究。
弱局域化的研究，特别是弱局域化电性的研究，使人们认识到弹性散射与非弹性散射的本质区别。如果载流子经过弹性散射，如杂质散射，尽管散射过程很复杂，但是散射击前后散射波的相位还有确切的关系。因而保存了原来的相位记忆，或者说弹性散射不破坏波函数的相干性。非弹性散射则不同，非弹性散射前后，能量改变，我们知道，能量是和相位（频率）相联系的，因而非弹性散射带来了波函数相位的无规变化，从而破坏了散射波的相干性。这样，载流子的非弹性散射的平均距离定义了一个有物理意义的尺度，称为相位相干长度。在文献上，把尺度相当于或小于相位相干长度的小尺寸体系称为介观体系。
（二）普适电导涨落
80年代中期，实验发现小的金属样品，在低温下电导作为磁场的函数呈现非周期的涨落。下图列出几个有代表性的结果。其中，a和b分别为电导随磁场的变化的涨落，c为电导随栅压的涨落。在金属性介观样品中所观察到的这种涨落具有如下特征：
1）这是与时间无的非周期涨落，因而它们不是由于热噪声。
2）这种涨落是样品特有的，每一特定的样品有自身特有的涨落图样，而且，对于给定的样品，在保持宏观条件不变的情况下，其涨落图样是可以重现的。因此，样品的涨落图样被称为样品的指纹。
3）电导涨落的一个最重要的特征是浇落的大小是量级为的普适量。它与样品质的材料、尺寸、无序程度、电导平均值的大小无关。只要样品是介观大小的，并处于金属区。理论研究还表明，电导涨落的大小与样品形状及空间维数只有微弱的依赖关系。正是由电导涨落的这种间适性，所以才称之为普适电导涨落。
从物理上看，普适电导涨落来源于介观体系中的量子干涉效应。根据Laudauer理论，电导正比于总透射几率。从样品一边到另一边的透射几率是由许许多多的费曼路径的相应的几率幅之和。在金属区电子通过样品时经历多次与杂质散射，其费曼路径是无规行走的准经典的轨道。不同的费曼路径之间的相位差是不规则的，导到随机干涉效应，使电导呈现非周期性的不规则涨落。同时，电导涨落的大小是，这是明显不符合统计力学的规律的。我们知道，根据统计力学，宏观系统物理量x的相对涨落为：
～
其中是x的方差，表示系综平均，Lc是某一关联长度，L是超立方的边长，d是超立方的维数。
上式表明，x的相对涨落随而趋于零。这一性质就前面所说的经典自平均。下面来看普适电导涨落的数值。由于：
及欧姆定律：
当d<4时上面两式与经典的自平均不符。特别当d=2时，由上式给出的电导的相对涨落与L无关；当d=1时，甚至随L的增加而增加。
由此可风，普适电导涨落与经典的电导涨落是不同的。
Lee和Stone以及Altshuler等到人用微扰的方法研究了普适电导涨落，他们计算了关联函数：
其中，
为无量纲的电导，电导涨落的大小可表为：
他们发现，在波函数满足相位相干的条件下，F（0，0）是数量级为1的普适量，与样品的材料、尺寸、无序程度、电导平均值的大小无关。而与样品形状及空间维数只有微弱的依赖关系。于是：
于是就从理论上证明了介观系统在金属区的电导涨落是普适的。
（三）库仑阻塞：
带电粒子，在电场的作用下定向运动，从而形成电流。在多体带电体系中，由于库仑作用，带电粒子处于两种电场中：一是形成定向运动的外电场，二是粒子之间的库仑相互作用。考虑分立的多体带电系统，这时形成电流是由于带电粒子的隧道效应，从分立的一部分到达分立的另一部分。理论预言，电流一定条件下会中断。这就是所谓的库仑阻塞。这是一种带电粒子的关联现象。
如下图，为一个电容器，二极板上分有电荷Q，－Q。由于金属的表面势阱，从而可以把电容看成一个势场图象。量子力学预言，电子可以由隧道效应而通过势垒从一边到达另一边。因而对有限在的势垒而言，电流总是存在的。理论预言，从统计的角度看，电流要能存在，极板上的电荷应大于一定的阈值Qth,相应的电压也必须大于一定值。
Q
-Q
由上可知道，只要电荷达到阈值理，库仑阻塞就会发生。考虑一个外结电源，只要电源能够提供足够的电荷，当经过一定的时间后，电荷会再次超过阈值，从而隧道又得以导通，接着又达到阈值，阻塞又发生，如此往复，就会产生所谓的直流音电子隧道振荡。从而可望获得对单电子的控制。
（四）超晶格中的量子隧穿：
隧穿现象是一种垂直于因品格异质结界面的电子输运过程，它是超品格中电子态研究的
一个基本环节。在隧穿问题的研究中，人们最感兴趣的是双势垒谐振隧穿效应。所谓谐振隧穿是指当电子接连隧穿过两个靠得很近的势垒时，隧穿几率随入射电子能量的变化会出现致个极大值。对于具有对称双势垒结构，发生谐振时的电子最大隧穿几宰等于1，即对称双势垒对某些能量的入射电于是完全透明的、发生谐振睡穿的物理机制来自于两个势垒之间的势阱内电子能量的量子化。当入射电子能量等于势阱中电子的量子化能级时，谐振现象发生。
谐振隧穿二极管中的电子输运
一个典型的谐振隧穿二级管是由两个极薄势垒和一个势阱构成的双势垒异质结构。在实际的器件中、入射电子的能量是固定的、它决定于发射区中电子的状态，量子阱中的量子能级也具有确定的值。为了使谐振隧穿发生，可在器件上加一电压，此时势垒上的电压降改变了量子阶中量子能级与发射区费米能级之间的相对高度、于是在器件的J一丫持性曲线上便可反映出谐振隧穿的存在。在器件上加一电压后便有隧穿电流产生．当电压正好使得入射电子的能量等于势阱中的量于能级时，谐振现象发生，隧穿电流出现极大值。如果外加电压进一步增大．对应于量于阱中能量更高的量子能级，有可能再次发生谐振隧穿，J—v曲线上会再次出现电流的峰值。这种典型的负微分电阻效应．是电子垂直于双势垒层作一维运动时所必然出现的结果。负微分电导现象向人们展示了谐振隧穿二极管在毫米波和亚毫米波领域具有良好的应用前景。
谐振隧穿三级管中的电子输运
如同普通晶体管一样，谐振隧穿三级管也是一种具有电流和电压放大作用和功率增益的高速逻辑器件，谐振隧穿NPN双极型三级管是一种典型的谐振隧穿器件．其中基区为P型掺杂，发射区和集电区为N型掺杂，基极和发射极间的电压用于调节发射区中电子能量与量子阱中量于能级之差．以控制从发射区穿过双势垒流向收集区的电流。由于谐振隧穿三级管是弹道型输运器件．即电子隧穿势垒的过程是弹道式的，运动电荷所具有的速度是电子的群速度．它比普通晶体管中电子的漂移速度要大得多．因而谐振瞪穿器件的响应时间也要小得多。这种器件的电流增益已超过了60。
另一种谐振隧穿器件是只有一种载流于的单极型谐振隧穿三级管。在这种结构中、基区处于双势垒区外侧，在基区与收集区之间有一个低势垒层，三个区域都是N型材料，这种器件在液氮温度下显示了很高的峰谷比和高额特性。
更为值得一提的是多重态三极瞥．采用这种结构可以发展多种逻辑线路．从而使得电子线路大为简化，即用少数几个器件就能代替较复杂的线路来完成某种功能，因而可以大大简化线路的复杂性，缩小电路尺寸，提高运算速度。在这种瞪穿器件中，对应于量子阱中的多个量子能级．在J—V待性曲线上将出现多个谐振峰。
超品格器件中的电子输运
超品格器件在结构上的最主要待征则是，在电流传播方向上具有由多个量子阱层和势垒层构成的周期性结构，隔开各阱层的势垒层很薄，具有较大的电子隧穿几率，电子在沿垂直超品格平面的方向连续穿过多个周期势垒运动。
在超品格中．电子在单个量子阱中形成一定的量子能级．超品格内相邻量子阱中的量于能级通过它们之间的薄势垒层有一较弱的耦合，因而每一量子能级扩展成一个能带。由于耦合很弱，形成的能带较窄，称作于能带．设电子的能量为Eb．超品格周期为d，于能带宽度为D．电场强度为E，
当电场时．平均漂移速度有极大值。当E进一步增大时，速度反而减小．阈值电场。即使有散射存在，在超品格的J—v曲线中，最初电流随电压的增加而增大，当电压使得电场达到阈值时，电压的进一步增加反而使电流减小．出现负的动态电阻。随着电压不断增大，还可能出现多个电流峰值和多个负阻区间。从理论上讲，如果完全不存在散射，电子的运动无沦在速度空间或动量空间都可能表现出振荡行为。这一现象称为布洛赫振荡，对应于布洛赫振荡的电子输运过程也是一种负微分电导现象。
在超品格器件中还存在着另一种负微分电导机制，即扩展态——局域态转变．它所描述的物理意义是，在沿着其周期方向足够强的外电场中，超品格在一个周期上的电位差将大于于能带宽度．此时相邻量子阱中的量子能级彼此错开．一个量子阱中量子能级的能量处于相邻量子阱的能隙中，电子在各量子阱中的量子能级变成高度为Eed的wannier—Stark阶梯。在这种情况下，相邻量子阱的量子能级状态之间的耦合很弱，电子波函数变得定域化了，电子隧穿过势垒的几率很小，因而超晶格的电导变得很小；当沿着超晶格方向所加的电场由小变大时．由于电子的状态由扩展态转变成定域态，使电导由大变小，即出现负的微分电导。

Ⅳ 什么叫纳米技术

纳米是一个微小的长度单位，1纳米等于10亿分之一米。根头发丝有7万到8万纳米。纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在0。10到 100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。碳纳米管自从1991年被发现以来，就一直被誉为未来的材料。碳纳米管在强度上大约比钢强100倍，其传热性能优于所有已知的其它材料。碳纳米管具有良好的导电性，在常温下导电时，几乎不产生电阻。纳米陶瓷材料在1600摄氏度高温下能像橡皮泥那样柔软，在室温下也能自由弯曲。从1998年世界上第一只纳米晶体管制成，到 1999年100纳米芯片问世，使20世纪最后10年世界上出现的“纳米热”进一步升温。
我国在纳米技术领域占有一度之地，处于国际先进行列。已成功制备出包括金属、合金、氧经化物、氢化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料，合成出多种同轴纳米电缆，掌握了制备纯净碳纳米管技术，能大批量制备长度为2至3毫米的超长纳米管。合成的最细的碳纳米管的直径只有0。33纳米，这不但打破了我国科学家自已不久前创造的直径只为0。5纳米的世界纪录，而且突破了日本科学家1992年所提出的0。4纳米的理论极限值。《稻草变黄金 ——从四氯化碳制成金刚石》的文章高度评价。最近又研制成功新型纳米材料——超双疏性界面材料。这种材料具有超疏水性及超疏油性，制成纺织品，不染油污，不用洗染。
纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性，纳米功能涂层材料的设计和应用，将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10 多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产，象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。一张纳米光盘上能存几百部，上千部电影，而一张普通光盘只能存两部电影。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。

纳米技术（纳米科技nanotechnology）

纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显着地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。

纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国着名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

虽然距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用前景，美国、日本、英国等发达国家都对纳米科技给予高度重视，纷纷制定研究计划，进行相关研究

Ⅵ 什么叫纳米技术

纳米是长度单位，原称"毫微米"，就是10-9（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。从具体的物质说来，人们往往用细如发丝来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为20-50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。极而言之，1纳米大体上相当于4个原子的直径。 纳米技术包含下列四个主要方面： 第一方面是纳米材料，包括制备和表征。在纳米尺度下，物质中电子的放性（量子力学学性质）和原子的相互作用将受到尺度大小的影响，如能得到纳米尺度的结构，就可能控制材料的基本性质如熔点、磁性、电容甚至颜色。而不改变物质的化学成份。用超微粒子烧成的陶瓷硬度可以更高，但不舱裂：无机的超微粒子灰分在加入橡胶后，将粘在聚合物分子的端点上，所做成的轮胎将大大减小磨损和处长寿命。第二方面是纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。第三方面是纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。第四方面是纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的 在1998年的四月，总统科学技术顾问，
博士评论到，如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响，我会说该个启动计划建立一个名为纳米科技大挑战机构，资助进行跨学科研究和教育的队伍，包括为长远目标而建立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括：
把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的设备中，这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。由自小到大的方法制造材料和产品，即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。生产出比钢强度大10倍，而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便，更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率，使今天的奔腾?处理器已经显得十分慢了。运用基因和药物传送纳米级的mri对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官去除在水和空气中最细微的污染物，得到更清洁的环境和可以饮用的水。提高太阳能电池能量效率两倍。