Σχεδιασμένη άποψη μιας μοριακής ένωσης ενός νανοσωλήνα μονού τοιχώματος με μεταλλικά τμήματα στο αριστερό και το δεξί άκρο και ένα εξαιρετικά βραχύ ημιαγώγιμο κανάλι ~3,0 nm μεταξύ τους. Πίστωση: Εθνικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας, Μόσχα
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε ένα μοναδικό όργανο που έχει εισαχθεί σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να δημιουργήσει ένα τρανζίστορ 25.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Στην έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Science, συμμετείχαν ερευνητές από την Ιαπωνία, την Κίνα, τη Ρωσία και την Αυστραλία που εργάστηκαν στο έργο που ξεκίνησε πριν από πέντε χρόνια.
Ο καθηγητής Dmitriy Golberg, συνδιευθυντής του Κέντρου Επιστήμης Υλικών QUT, ο οποίος ηγήθηκε του ερευνητικού έργου, είπε ότι το αποτέλεσμα ήταν μια “πολύ ενδιαφέρουσα θεμελιώδης ανακάλυψη” που θα μπορούσε να οδηγήσει στη μελλοντική ανάπτυξη μικρών τρανζίστορ για τις μελλοντικές γενιές προηγμένων υπολογιστών συσκευές.
Ο καθηγητής Dmitriy Golberg ηγήθηκε μιας ομάδας που χρησιμοποίησε ένα μοναδικό όργανο που εισήχθη σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να δημιουργήσει ένα τρανζίστορ 25.000 μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Πίστωση: QUT
«Σε αυτή την εργασία, δείξαμε ότι είναι δυνατός ο έλεγχος των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων ενός μεμονωμένου νανοσωλήνα άνθρακα», είπε ο καθηγητής Golberg.
Οι ερευνητές δημιούργησαν το μικροσκοπικό τρανζίστορ εφαρμόζοντας ταυτόχρονα ισχύ και χαμηλή τάση, θερμαίνοντας έναν νανοσωλήνα άνθρακα που αποτελείται από μερικά στρώματα μέχρι να διαχωριστούν τα περιβλήματα του εξωτερικού σωλήνα, αφήνοντας έναν νανοσωλήνα μονής στρώσης.
Στη συνέχεια, η θερμότητα και η καταπόνηση άλλαξαν τη «μπλεξίματα» του νανοσωλήνα, που σημαίνει μια αναδιάταξη του σχεδίου στο οποίο τα άτομα άνθρακα συγχωνεύονται για να σχηματίσουν το ενιαίο ατομικό στρώμα του τοιχώματος του νανοσωλήνα.
Το αποτέλεσμα της νέας δομής που συνδέει τα άτομα άνθρακα ήταν ότι ο νανοσωλήνας μεταμορφώθηκε σε τρανζίστορ.
Μέλη της ομάδας του καθηγητή Golberg από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας στη Μόσχα δημιούργησαν μια θεωρία που εξηγεί τις αλλαγές στην ατομική δομή και τις ιδιότητες που παρατηρούνται στο τρανζίστορ.
Ο επικεφαλής συγγραφέας Dr Dai-Ming Tang, από το Διεθνές Κέντρο Αρχιτεκτονικής Νανοϋλικών στην Ιαπωνία, είπε ότι η έρευνα απέδειξε την ικανότητα χειρισμού των μοριακών ιδιοτήτων του νανοσωλήνα για την κατασκευή νανοηλεκτρικών συσκευών.
Ο Δρ Τανγκ άρχισε να εργάζεται για το έργο πριν από πέντε χρόνια, όταν ο καθηγητής Gulberg ήταν επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας σε αυτό το κέντρο.
«Οι ημιαγώγιμοι νανοσωλήνες άνθρακα είναι πολλά υποσχόμενοι για την κατασκευή ενεργειακά αποδοτικών νανοτρανζίστορ για την κατασκευή μικροεπεξεργαστών που υπερβαίνουν το πυρίτιο», είπε ο Δρ Τανγκ.
Ωστόσο, η ανισοτροπία των μεμονωμένων νανοσωλήνων άνθρακα, η οποία καθορίζει μοναδικά την ατομική γεωμετρία και την ηλεκτρονική δομή, παραμένει δύσκολο να ελεγχθεί.
«Σε αυτή την εργασία, σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε ενδομοριακά τρανζίστορ νανοσωλήνων άνθρακα αλλάζοντας την τοπική αντίθεση του τμήματος μεταλλικών νανοσωλήνων με μηχανική θέρμανση και πίεση».
Ο καθηγητής Golberg είπε ότι η έρευνα που καταδεικνύει τη θεμελιώδη επιστήμη στη δημιουργία του μικροσκοπικού τρανζίστορ ήταν ένα πολλά υποσχόμενο βήμα προς την κατασκευή μικροεπεξεργαστών που υπερβαίνουν το πυρίτιο.
Τα τρανζίστορ, τα οποία χρησιμοποιούνται για την εναλλαγή και την ενίσχυση ηλεκτρονικών σημάτων, ονομάζονται συχνά τα «δομικά στοιχεία» όλων των ηλεκτρονικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των υπολογιστών. Για παράδειγμα, η Apple λέει ότι το τσιπ που τροφοδοτεί τα μελλοντικά iPhone περιέχει 15 δισεκατομμύρια τρανζίστορ.
Η βιομηχανία υπολογιστών έχει επικεντρωθεί στην ανάπτυξη ολοένα και μικρότερων τρανζίστορ για δεκαετίες, αλλά αντιμετωπίζει τους περιορισμούς του πυριτίου.
Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν κάνει σημαντικά βήματα στην ανάπτυξη τρανζίστορ νανοκλίμακας, τα οποία είναι τόσο μικρά που εκατομμύρια από αυτά μπορούν να χωρέσουν σε μια κεφαλή καρφίτσας.
«Η μινιατούρα τρανζίστορ σε κλίμακα νανομέτρων αποτελεί σημαντική πρόκληση για τη σύγχρονη βιομηχανία ημιαγωγών και νανοτεχνολογίας», δήλωσε ο καθηγητής Golberg.
«Η τρέχουσα ανακάλυψη, αν και δεν είναι πρακτική για τη μαζική παραγωγή μικρών τρανζίστορ, καταδεικνύει μια νέα αρχή κατασκευής και ανοίγει έναν νέο ορίζοντα για τη χρήση θερμομηχανικών επεξεργασιών νανοσωλήνων για την απόκτηση των μικρότερων τρανζίστορ με τις επιθυμητές ιδιότητες».
Παραπομπή: “Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical change” των 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, Yoshio Bando Lishi, Pavel B Sorokin και Dmitriy Golberg, 23 Δεκεμβρίου 2021 Διαθέσιμο εδώ. Επιστήμη.
DOI: 10.1126 / Science.abi8884