Billedværktøj kan hjælpe nanoelektronikken ved at screene små rør

Forskere har demonstreret et nyt billeddannelsesværktøj til hurtig screening af strukturer kaldet enkeltvæggede kulstofnanorør, muligvis fremskynde deres brug i at skabe en ny klasse af computere og elektronik, der er hurtigere og forbruger mindre strøm end nutidens.

De halvledende nanostrukturer kan bruges til at revolutionere elektronik ved at udskifte konventionelle siliciumkomponenter og kredsløb. Imidlertid, en hindring i deres anvendelse er, at metalliske versioner uundgåeligt dannes under fremstillingsprocessen, forurener de halvledende nanorør.

Nu har forskere opdaget, at en avanceret billedteknologi kunne løse dette problem, sagde Ji-Xin Cheng, en lektor i biomedicinsk teknik og kemi ved Purdue University.

"Billeddannelsessystemet bruger en pulserende laser til at deponere energi i nanorørene, pumpe nanorørene fra en jordtilstand til en ophidset tilstand, "sagde han." Så, en anden laser kaldet en sonde registrerer de exciterede nanorør og afslører kontrasten mellem metalliske og halvlederrør."

Teknikken, kaldes forbigående absorption, måler "metalliciteten" af rørene. Detektionsmetoden kan kombineres med en anden laser for at zappe de uønskede metalliske nanorør, når de ruller ud af produktionslinjen, efterlader kun de halvledende rør.

Fundene er detaljeret i et forskningsartikel, der vises online i denne uge i tidsskriftet Fysiske anmeldelsesbreve .

Enkeltvæggede nanorør dannes ved at rulle et et-atom-tykt lag grafit op, kaldet grafen, som i sidste ende kunne konkurrere med silicium som grundlag for computerchips. Forskere i Chengs gruppe, arbejde med nanomaterialer til biomedicinske undersøgelser, blev forvirrede, da de bemærkede, at de metalliske nanopartikler og halvledende nanotråde transmitterede og absorberede lys anderledes efter at være blevet udsat for den pulserende laser.

Så forsker Chen Yang, en Purdue assisterende professor i fysisk kemi, foreslog, at metoden kunne bruges til at screene nanorørene for nanoelektronik.

"Når du laver nanokredsløb, du vil kun have de halvledende, så det er meget vigtigt at have en metode til at identificere de metalliske nanorør, " sagde Yang.

Papiret er skrevet af Purdue fysik doktorand Yookyung Jung; biomedicinsk ingeniør forsker Mikhail N. Slipchenko; Chang-Hua Liu, en kandidatstuderende i elektroteknik ved University of Michigan; Alexander E. Ribbe, leder af Nanotechnology Group i Purdues afdeling for kemi; Zhaohui Zhong, en adjunkt i elektroteknik og datalogi i Michigan; og Yang og Cheng. Michigan -forskerne producerede nanorørene.

Halvledere som silicium leder elektricitet under nogle forhold, men ikke andre, hvilket gør dem ideelle til styring af elektrisk strøm i enheder som transistorer og dioder.

Nanorørene har en diameter på ca. 1 nanometer, eller nogenlunde længden af ​​10 hydrogenatomer spændt sammen, gør dem alt for små til at blive set med et konventionelt lysmikroskop.

"De kan ses med et atomkraftmikroskop, men dette fortæller dig kun morfologi og overfladeegenskaber, ikke den metalliske tilstand af nanorøret, " sagde Cheng.

Den transiente absorptionsbilleddannelsesteknik repræsenterer den eneste hurtige metode til at fortælle forskellen mellem de to typer nanorør. Teknikken er "labelfri, "hvilket betyder, at det ikke kræver, at nanorørene er markeret med farvestoffer, gør det potentielt praktisk til fremstilling, han sagde.

Forskerne udførte teknikken med nanorør placeret på en glasoverflade. Fremtidigt arbejde vil fokusere på at udføre billeddannelsen, når nanorør er på en siliciumoverflade for at bestemme, hvor godt det ville fungere i industrielle applikationer.

"Vi har påbegyndt dette arbejde på et siliciumsubstrat, og de foreløbige resultater er meget gode, "Sagde Cheng.

Fremtidig forskning kan også undersøge, hvordan elektroner bevæger sig inde i individuelle nanorør.