Carbon nanorør-enheder kan have en grænse for, hvor nano de kan være

Carbon nanorør, der er bundet til elektronik, skal ikke kun være så rene som muligt for at maksimere deres anvendelighed i næste generation af nanoskalaenheder, men kontakteffekter kan begrænse, hvor lille en nanoenhed kan være, ifølge forskere ved Energy Safety Research Institute (ESRI) ved Swansea University i samarbejde med forskere ved Rice University.

ESRI-direktør Andrew Barron, også professor ved Rice University i USA, og hans team har fundet ud af, hvordan man får nanorør rene nok til at opnå reproducerbare elektroniske målinger og har i processen ikke kun forklaret, hvorfor de elektriske egenskaber af nanorør historisk set har været så vanskelige at måle konsekvent, men har vist, at der kan være en grænse for, hvordan "nano" fremtidige elektroniske enheder kan bruge kulstof nanorør.

Som enhver normal ledning, halvledende nanorør er gradvist mere modstandsdygtige over for strøm langs deres længde. Men ledningsevnemålinger af nanorør gennem årene har været alt andet end konsekvente. ESRI-teamet ville vide hvorfor.

"Vi er interesserede i skabelsen af ​​nanorørbaserede ledere, og mens folk har været i stand til at lave ledninger, har deres ledning ikke levet op til forventningerne. Vi var interesserede i at bestemme den grundlæggende sconce bag variabiliteten observeret af andre forskere."

De opdagede, at forurenende stoffer, der var svære at fjerne - jernkatalysatorrester, kulstof og vand - kunne let skævvride resultaterne af konduktivitetstests. brænder dem væk, Barron sagde, skaber nye muligheder for kulstof nanorør i nanoskala elektronik.

Den nye undersøgelse vises i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver .

Forskerne lavede først flervæggede kulstofnanorør mellem 40 og 200 nanometer i diameter og op til 30 mikron lange. De opvarmede derefter enten nanorørene i et vakuum eller bombarderede dem med argonioner for at rense deres overflader.

De testede individuelle nanorør på samme måde, som man ville teste enhver elektrisk leder:Ved at røre dem med to sonder for at se, hvor meget strøm der passerer gennem materialet fra den ene spids til den anden. I dette tilfælde, deres wolframprober blev fastgjort til et scanningstunnelmikroskop.

I rene nanorør, modstanden blev gradvist stærkere, efterhånden som afstanden blev større, som det skal. Men resultaterne var skæve, da sonderne stødte på overfladeforurenende stoffer, hvilket øgede den elektriske feltstyrke ved spidsen. Og når målinger blev taget inden for 4 mikron fra hinanden, områder med udtømt ledningsevne forårsaget af forurenende stoffer overlappede, yderligere forvrænge resultaterne.

"Vi tror, ​​det er grunden til, at der er sådan inkonsekvens i litteraturen, " sagde Barron.

"Hvis nanorør skal være næste generation af letvægtsledere, derefter konsistente resultater, batch-til-batch, og prøve til prøve, er nødvendig for enheder som motorer og generatorer samt strømsystemer."

Udglødning af nanorørene i et vakuum over 200 grader Celsius (392 grader Fahrenheit) reducerede overfladeforurening, men ikke nok til at eliminere inkonsistente resultater, de fandt. Argonionbombardement rensede også rørene, men førte til en stigning i defekter, der forringer ledningsevnen.

I sidste ende opdagede de vakuumglødende nanorør ved 500 grader Celsius (932 Fahrenheit) reduceret forurening nok til nøjagtigt at måle modstand, rapporterede de.

Til nu, Barron sagde, ingeniører, der bruger nanorørfibre eller -film i enheder, modificerer materialet gennem doping eller andre midler for at få de ledende egenskaber, de kræver. Men hvis kildenanorørene er tilstrækkeligt dekontaminerede, de burde være i stand til at få den rigtige ledningsevne ved blot at placere deres kontakter på det rigtige sted.

"Et nøgleresultat af vores arbejde var, at hvis kontakter på et nanorør er mindre end 1 mikron fra hinanden, nanorørets elektroniske egenskaber skifter fra leder til halvleder, på grund af tilstedeværelsen af ​​overlappende udtømningszoner," sagde Barron, "dette har en potentiel begrænsende faktor på størrelsen af ​​nanorør-baserede elektroniske enheder - dette ville begrænse anvendelsen af ​​Moores lov til nanorør-enheder."