Forskere konstruerer et stabilt endimensionalt metallisk materiale

Forskere har udviklet verdens tyndeste metalliske nanotråd, som kunne bruges til at miniaturisere mange af de elektroniske komponenter, vi bruger hver dag.

Forskerne, fra universiteterne i Cambridge og Warwick, har udviklet en tråd fremstillet af en enkelt streng af telluratomer, gør det til et sandt endimensionelt materiale. Disse endimensionelle tråde fremstilles inde i ekstremt tynde carbon nanorør (CNT'er)-hule cylindre lavet af carbonatomer. De færdige 'ekstreme nanotråde' er mindre end en milliarddel af en meter i diameter - 10, 000 gange tyndere end et menneskehår.

En enkelt streng af atomer er så lille som materialer baseret på elementer i det periodiske system kan få, gør dem potentielt nyttige til halvledere og andre elektroniske applikationer. Imidlertid, disse strenge kan være ustabile, da deres atomer konstant vibrerer og, i mangel af en fysisk begrænsning, de kan ende med at blive til en anden struktur eller gå i opløsning helt.

Ifølge Cambridge -forskerne, indkapsling af nanotråde er ikke kun en nyttig metode til fremstilling af stabile endimensionale (1D) materialer, det kan være nødvendigt at forhindre dem i at gå i opløsning. Forskerne har også vist, at det er muligt at ændre nanotrådernes form og elektroniske adfærd ved at variere diametre på rørene, der indkapsler dem. Deres resultater er rapporteret i journalen ACS Nano .

For at gøre elektronik hurtigere og mere kraftfuld, flere transistorer skal presses på halvlederchips. I de sidste 50 år har antallet af transistorer på en enkelt chip er fordoblet hvert andet år - dette er kendt som Moores lov. Imidlertid, vi kommer tæt på grænsen for, hvor lille en transistor kan være, før kvanteeffekter forbundet med individuelle atomer og elektroner begynder at forstyrre dens normale drift. Forskere undersøger i øjeblikket forskellige måder at følge med i Moores lov, og til gengæld følge med vores ønske om hurtigere, billigere og kraftigere elektronik. Endimensionelle materialer kan være en af ​​løsningerne på udfordringen med miniaturisering.

Cambridge -forskerne brugte først computersimuleringer til at forudsige de typer geometriske strukturer, der ville dannes, hvis telluratomer blev injiceret i nanorør, og fandt ud af, at 1D -ledninger kunne eksistere i et sådant scenario.

Senere, laboratoriebaserede test, ved hjælp af de mest avancerede teknikker til syntese og visualisering af atomopløsning af sådanne ekstreme materialer, blev udført af Warwick -forskerne for at bekræfte de teoretiske forudsigelser. Forskerne var ikke kun i stand til med succes at 'bygge' stabile 1D -ledninger, men de fandt ud af, at ændring af nanorørens diameter fører til ændringer i egenskaberne af tellur.

Tellurium opfører sig normalt som en halvleder, men når de injiceres i carbon nanorør og begrænses til en dimension, det begynder at opføre sig som et metal. Derudover mens indespærringen fra CNT'erne kan medføre drastiske ændringer i måden, tellur opfører sig på, nanorørene selv interagerer ikke på anden måde med tellurium nanotråde.

"Når man arbejder med materialer i meget små skalaer som dette, materialet af interesse skal typisk deponeres på en overflade, men problemet er, at disse overflader normalt er meget reaktive, "sagde Paulo Medeiros fra Cambridge's Cavendish Laboratory, og papirets første forfatter. "Men carbon nanorør er kemisk ret inerte, så de hjælper med at løse et af problemerne, når de forsøger at skabe virkelig endimensionelle materialer.

"Imidlertid, vi er lige begyndt at forstå fysikken og kemien i disse systemer - der er stadig en masse grundlæggende fysik at afdække. "