„Фундаменталното откритие“ се използва за превръщане на нанотръбите в мъничък транзистор – 25 000 пъти по-малък от ширината на човешката коса

Международен екип от изследователи използва уникален инструмент, поставен в електронен микроскоп, за да създаде транзистор 25 000 пъти по-малък от ширината на човешката коса.

Изследването, публикувано в Science, включва изследователи от Япония, Китай, Русия и Австралия, които са работили по проекта, започнал преди пет години.

Професор Дмитрий Голберг, съдиректор на Центъра за материалознание QUT, който ръководи изследователския проект, каза, че резултатът е „много интересно фундаментално откритие“, което може да доведе до бъдещото развитие на малки транзистори за бъдещи поколения напреднали изчисления устройства.

Професор Дмитрий Голберг ръководи екип, който използва уникален инструмент, вмъкнат в електронен микроскоп, за да създаде транзистор с 25 000 по-малък от ширината на човешка коса. Кредит: QUT

„В тази работа ние показахме, че е възможно да се контролират електронните свойства на една въглеродна нанотръба“, каза професор Голбърг.

Изследователите създадоха малкия транзистор чрез едновременно прилагане на мощност и ниско напрежение, нагрявайки въглеродна нанотръба, състояща се от няколко слоя, докато корпусите на външната тръба се отделят, оставяйки еднослойна нанотръба.

Тогава топлината и напрежението промениха „заплитането“ на нанотръбата, което означава пренареждане на модела, при който въглеродните атоми се сливат заедно, за да образуват единичния атомен слой на стената на нанотръбата.

Резултатът от новата структура, свързваща въглеродните атоми, е, че нанотръбата е трансформирана в транзистор.

Членове на екипа на професор Голберг от Националния университет за наука и технологии в Москва създадоха теория, която обяснява промените в атомната структура и свойствата, наблюдавани в транзистора.

Водещият автор д-р Дай-Минг Танг от Международния център за архитектура на наноматериалите в Япония каза, че изследването демонстрира способността да се манипулират молекулярните свойства на нанотръбата за производство на наноелектрически устройства.

Д-р Танг започва да работи по проекта преди пет години, когато професор Гулберг оглавява изследователската група в този център.

„Полупроводниковите въглеродни нанотръби са обещаващи за производство на енергийно ефективни нанотранзистори за изграждане на микропроцесори, които надхвърлят силиция“, каза д-р Танг.

Въпреки това, анизотропията на отделните въглеродни нанотръби, която уникално определя атомната геометрия и електронната структура, остава трудна за контрол.

„В тази работа ние проектирахме и изработихме вътрешномолекулярни въглеродни нанотръбни транзистори чрез промяна на локалния контраст на сегмента на металните нанотръби чрез механично нагряване и налягане.“

Професор Голбърг каза, че изследването, демонстриращо фундаменталната наука в създаването на малкия транзистор, е обещаваща стъпка към изграждането на микропроцесори, които надхвърлят силиция.

Транзисторите, които се използват за превключване и усилване на електронни сигнали, често се наричат ​​“градивни елементи“ на всички електронни устройства, включително компютрите. Например, Apple казва, че чипът, който захранва бъдещите iPhone, съдържа 15 милиарда транзистора.

Компютърната индустрия се фокусира върху разработването на все по-малки транзистори от десетилетия, но е изправена пред ограниченията на силиция.

През последните години изследователите постигнаха важни крачки в разработването на наномащабни транзистори, които са толкова малки, че милиони от тях могат да се поберат в щифтова глава.

„Миниатюрирането на транзистори в нанометров мащаб представлява голямо предизвикателство за съвременната полупроводникова и нанотехнологична индустрия“, каза професор Голбърг.

„Настоящото откритие, макар и непрактично за масовото производство на малки транзистори, демонстрира нов принцип на производство и отваря нов хоризонт за използването на термомеханични обработки на нанотръби за получаване на най-малките транзистори с желаните свойства.

Справка: „Полупроводникови наноканали в метални въглеродни нанотръби чрез термомеханична промяна“ от Dai-Ming Tang, Sergey V. Eruhen, Dmitriy J. Kvashnin, Victor A. Чен, Дон Н. Футаба, Йонгджиа Джън, Ронг Сянг, Син Джоу, Фън-Чун Хся, Наоюки Кавамото, Масанори Митоме, Йошихиро Немото, Фумихико Уесуги, Масаки Такегучи, Шигео Маруяма, Хуи-Мингио Бандо Ченг, Павел Б. Сорокин и Дмитрий Голберг, 23 декември 2021 г. Достъпни тук. наука.
DOI: 10.1126 / science.abi8884