«Фундаментальное открытие» используется для превращения нанотрубок в крошечный транзистор — в 25000 раз меньше ширины человеческого волоса.

Международная группа исследователей с помощью уникального инструмента, вставленного в электронный микроскоп, создала транзистор в 25 000 раз меньше ширины человеческого волоса.

В исследовании, опубликованном в журнале Science, участвовали исследователи из Японии, Китая, России и Австралии, которые работали над проектом, который начался пять лет назад.

Профессор Дмитрий Гольберг, содиректор Центра материаловедения QUT, возглавлявший исследовательский проект, сказал, что результатом стало «очень интересное фундаментальное открытие», которое может проложить путь к будущей разработке малых транзисторов для будущих поколений передовых вычислений. устройств.

Профессор Дмитрий Гольберг возглавил команду, которая с помощью уникального инструмента, вставленного в электронный микроскоп, создала транзистор на 25000 меньше ширины человеческого волоса. Кредит: QUT

«В этой работе мы показали, что можно управлять электронными свойствами одной углеродной нанотрубки», — сказал профессор Голберг.

Исследователи создали крошечный транзистор, одновременно подавая мощность и низкое напряжение, нагревая углеродную нанотрубку, состоящую из нескольких слоев, до тех пор, пока оболочки внешней трубки не разделятся, оставив однослойную нанотрубку.

Затем тепло и деформация изменили «запутанность» нанотрубки, что означает перестройку структуры, в которой атомы углерода сливаются вместе, образуя единый атомный слой стенки нанотрубки.

В результате новой структуры, соединяющей атомы углерода, нанотрубка была преобразована в транзистор.

Члены команды профессора Гольберга из Национального университета науки и технологий в Москве создали теорию, объясняющую изменения атомной структуры и свойств, наблюдаемые в транзисторе.

Ведущий автор доктор Дай-Мин Танг из Международного центра архитектуры наноматериалов в Японии сказал, что исследование продемонстрировало способность манипулировать молекулярными свойствами нанотрубок для создания наноэлектрических устройств.

Доктор Тан начал работу над проектом пять лет назад, когда профессор Гулберг возглавил исследовательскую группу в этом центре.

«Полупроводниковые углеродные нанотрубки перспективны для изготовления энергоэффективных нанотранзисторов для создания микропроцессоров, выходящих за рамки кремния», — сказал д-р Танг.

Однако анизотропию отдельных углеродных нанотрубок, которая однозначно определяет атомную геометрию и электронную структуру, по-прежнему трудно контролировать.

«В этой работе мы разработали и изготовили внутримолекулярные транзисторы из углеродных нанотрубок, изменяя локальный контраст сегмента металлических нанотрубок за счет механического нагрева и давления».

Профессор Гольберг сказал, что исследование, демонстрирующее фундаментальную науку в создании крошечного транзистора, было многообещающим шагом на пути к созданию микропроцессоров, выходящих за рамки кремния.

Транзисторы, которые используются для переключения и усиления электронных сигналов, часто называют «строительными блоками» всех электронных устройств, включая компьютеры. Например, Apple утверждает, что чип, на котором будут работать iPhone будущего, содержит 15 миллиардов транзисторов.

Компьютерная промышленность на протяжении десятилетий фокусировалась на разработке транзисторов все меньшего и меньшего размера, но сталкивается с ограничениями кремния.

В последние годы исследователи добились важных успехов в разработке наноразмерных транзисторов, которые настолько малы, что миллионы из них могут поместиться в головку булавки.

«Миниатюрные транзисторы в нанометровом масштабе представляют собой серьезную проблему для современной полупроводниковой и нанотехнологической промышленности», — сказал профессор Гольберг.

«Текущее открытие, хотя и непрактично для массового производства небольших транзисторов, демонстрирует новый принцип изготовления и открывает новые горизонты для использования термомеханической обработки нанотрубок для получения минимальных транзисторов с желаемыми свойствами».

Ссылка: «Полупроводниковые наноканалы в металлических углеродных нанотрубках путем термомеханического изменения» Дай-Мин Танг, Сергей В. Эрухен, Дмитрий Квашнин, Виктор А. Чен, Дон Н. Футаба, Юнцзя Чжэн, Ронг Сян, Синь Чжоу, Фэн-Чун Ся, Наоюки Кавамото, Масанори Митоме, Ёсихиро Немото, Фумихико Уэсуги, Масаки Такегути, Шигео Маруяма, Хуэй-Мин Ченг, Лишио Бандо, Лишио Бандо Павел Б. Сорокин и Дмитрий Гольберг, 23 декабря 2021 г. Доступно здесь. Наука.
DOI: 10.1126 / science.abi8884