Forskere kloner kulstof nanorør for at frigøre deres potentiale

(Phys.org) - Ved hjælp af en ny metode, forskere kan nu dyrke kulstof nanorør-halvledere af foruddefinerede strukturer, hvilket kan bane vejen for, at kulstof kan bruges i fremtidens elektronik.

Hjertet i computerindustrien er kendt som "Silicon Valley" af en grund. Computerchips med integrerede kredsløb er blevet fremstillet af silicium siden computerens barndom i 1960'erne. Nu, takket være et hold af USC-forskere, kulstof nanorør kan dukke op som en udfordrer til siliciums trone.

Forskere og industrieksperter har længe spekuleret i, at kulstof-nanorørtransistorer en dag ville erstatte deres siliciumforgængere. I 1998 Delft University byggede verdens første kulstofnanorørtransistorer – kulstofnanorør har potentialet til at blive langt mindre, hurtigere, og bruger mindre strøm end siliciumtransistorer.

En vigtig årsag til, at kulstof-nanorør ikke er i din computer lige nu, er, at de er svære at fremstille på en forudsigelig måde. Forskere har haft svært ved at kontrollere fremstillingen af ​​nanorør til den korrekte diameter, type og i sidste ende chiralitet, faktorer, der styrer nanorørens elektriske og mekaniske egenskaber.

Tænk på kiralitet sådan:hvis du tog et ark notesbogspapir og rullede det lige op i et rør, det ville have en vis chiralitet. Hvis du rullede det samme ark op i en vinkel, det ville have en anden chiralitet. I dette eksempel, notebook-papiret repræsenterer et ark af carbonatomer med gitter, der er rullet sammen for at skabe et nanorør.

Et team ledet af professor Chongwu Zhou fra USC Viterbi School of Engineering og Ming Zheng fra National Institute of Standards and Technology i Maryland løste problemet ved at opfinde et system, der konsekvent producerer kulstofnanorør med en forudsigelig diameter og chiralitet.

Zhou arbejdede sammen med sine gruppemedlemmer Jia Liu, Chuan Wang, Bilu Liu, Liang Chen, og Ming Zheng og Xiaomin Tu fra National Institute of Standards and Technology i Maryland.

"At kontrollere kulstofnanorørs chiralitet har været en drøm for mange forskere. Nu er drømmen gået i opfyldelse." sagde Zhou. Holdet har allerede patenteret sin innovation, og dens forskning vil blive offentliggjort 13. november i Naturkommunikation .

Carbon nanorør dyrkes typisk ved hjælp af et kemisk dampaflejring (CVD) system, hvor en kemisk bundet gas pumpes ind i et kammer, der indeholder substrater med metalkatalysator nanopartikler, hvorpå nanorørene vokser. Det antages generelt, at nanorørenes diametre er bestemt af størrelsen af ​​de katalytiske metalnanopartikler. Imidlertid, forsøg på at kontrollere katalysatorerne i håb om at opnå chiralitetskontrolleret nanorørvækst har ikke været succesfulde.

USC-teamets innovation var at sprænge katalysatoren og i stedet plante stykker carbon nanorør, der er blevet adskilt og på forhånd valgt ud fra kiralitet, ved hjælp af en nanorørsadskillelsesteknik udviklet og perfektioneret af Zheng og hans kolleger på NIST. Ved at bruge disse stykker som frø, holdet brugte kemisk dampaflejring til at udvide frøene for at få meget længere nanorør, som viste sig at have samme chiralitet som frøene..

Processen omtales som "nanorørkloning." De næste trin i forskningen vil være omhyggeligt at studere mekanismen for nanorørets vækst i dette system, at opskalere kloningsprocessen for at få store mængder chiralitetskontrollerede nanorør, og at bruge disse nanorør til elektroniske applikationer