„Podstawowe odkrycie” przekształciło nanorurki w maleńki tranzystor — 25 000 razy mniejszy niż szerokość ludzkiego włosa

Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał unikalny instrument wstawiony do mikroskopu elektronowego, aby stworzyć tranzystor 25 000 razy mniejszy niż szerokość ludzkiego włosa.

Badania opublikowane w Science obejmowały naukowców z Japonii, Chin, Rosji i Australii, którzy pracowali nad projektem, który rozpoczął się pięć lat temu.

Profesor Dmitriy Golberg, współdyrektor Centrum Nauki o Materiałach QUT, który kierował projektem badawczym, powiedział, że wynik jest „bardzo interesującym fundamentalnym odkryciem”, które może utorować drogę do przyszłego rozwoju małych tranzystorów dla przyszłych generacji zaawansowanych komputerów urządzenia.

Profesor Dmitriy Golberg kierował zespołem, który użył unikalnego instrumentu umieszczonego w mikroskopie elektronowym, aby stworzyć tranzystor o 25 000 mniejszy niż szerokość ludzkiego włosa. Źródło: QUT

„W tej pracy pokazaliśmy, że możliwe jest kontrolowanie właściwości elektronicznych pojedynczej nanorurki węglowej” – powiedział profesor Golberg.

Naukowcy stworzyli maleńki tranzystor, stosując jednocześnie zasilanie i niskie napięcie, podgrzewając nanorurki węglowe składające się z kilku warstw, aż do momentu, gdy osłony zewnętrznej rury oddzielą się, pozostawiając jednowarstwową nanorurki.

Następnie ciepło i naprężenie zmieniły „splątanie” nanorurki, co oznacza zmianę wzoru, w którym atomy węgla łączą się, tworząc pojedynczą warstwę atomową ściany nanorurki.

W wyniku nowej struktury łączącej atomy węgla nanorurka została przekształcona w tranzystor.

Członkowie zespołu profesora Golberga z Narodowego Uniwersytetu Naukowo-Technicznego w Moskwie stworzyli teorię wyjaśniającą zmiany w budowie i właściwościach atomu obserwowane w tranzystorze.

Główny autor, dr Dai-Ming Tang z Międzynarodowego Centrum Architektury Nanomateriałów w Japonii, powiedział, że badania wykazały możliwość manipulowania właściwościami molekularnymi nanorurki w celu wytwarzania urządzeń nanoelektrycznych.

Dr Tang rozpoczął pracę nad projektem pięć lat temu, kiedy profesor Gulberg kierował grupą badawczą w tym ośrodku.

„Półprzewodzące nanorurki węglowe są obiecujące w produkcji energooszczędnych nanotranzystorów do budowy mikroprocesorów wykraczających poza krzem” – powiedział dr Tang.

Jednak anizotropia poszczególnych nanorurek węglowych, która w unikalny sposób determinuje geometrię atomu i strukturę elektronową, pozostaje trudna do kontrolowania.

„W tej pracy zaprojektowaliśmy i wyprodukowaliśmy wewnątrzcząsteczkowe tranzystory z nanorurek węglowych, zmieniając lokalny kontrast segmentu metalicznej nanorurki za pomocą mechanicznego ogrzewania i ciśnienia”.

Profesor Golberg powiedział, że badania demonstrujące fundamentalną naukę tworzenia maleńkiego tranzystora były obiecującym krokiem w kierunku budowy mikroprocesorów, które wykraczają poza krzem.

Tranzystory, które są używane do przełączania i wzmacniania sygnałów elektronicznych, są często nazywane „cegiełkami” wszystkich urządzeń elektronicznych, w tym komputerów. Na przykład Apple twierdzi, że chip, który zasila przyszłe iPhone’y, zawiera 15 miliardów tranzystorów.

Przemysł komputerowy od dziesięcioleci koncentruje się na opracowywaniu coraz mniejszych tranzystorów, ale boryka się z ograniczeniami krzemu.

W ostatnich latach naukowcy poczynili ważne postępy w opracowywaniu tranzystorów w nanoskali, które są tak małe, że miliony z nich mogą zmieścić się w główce szpilki.

„Miniaturyzacja tranzystorów do skali nanometrycznej stanowi poważne wyzwanie dla nowoczesnego przemysłu półprzewodników i nanotechnologii” – powiedział profesor Golberg.

„Obecne odkrycie, choć niepraktyczne dla masowej produkcji małych tranzystorów, demonstruje nową zasadę wytwarzania i otwiera nowy horyzont zastosowania obróbki termomechanicznej nanorurek w celu uzyskania najmniejszych tranzystorów o pożądanych właściwościach”.

Odniesienie: „Nanokanały półprzewodnikowe w metalicznych nanorurkach węglowych przez zmianę termomechaniczną” autorstwa Dai-Ming Tang, Sergey V. Eruhen, Dmitriy J. Kvashnin, Victor A. Chen, Don N. Futaba, Yongjia Zheng, Rong Xiang, Xin Zhou, Feng-Chun Hsia, Naoyuki Kawamoto, Masanori Mitome, Yoshihiro Nemoto, Fumihiko Uesugi, Masaki Takeguchi, Shigeo Maruyama, Hui-Ming Cheng, Yoshiu Bando, Lishi Pavel B Sorokin i Dmitriy Golberg, 23 grudnia 2021 Dostępne tutaj. Nauka.
DOI: 10.1126 / science.abi8884