Fra 2-D til 1-D:atomisk kvasi 1-D ledninger ved hjælp af en carbon nanorørskabelon

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har brugt kulstofnanorørskabeloner til at producere nanotråde af overgangsmetalmonokalcogenid (TMM), som kun er 3 atomer brede i diameter. Disse er 50 gange længere end tidligere forsøg og kan studeres isoleret, bevare egenskaberne af atomisk kvasi "1D" objekter. Holdet så, at enkelte ledninger snoede sig, når de blev forstyrret, tyder på, at isolerede nanotråde har unikke mekaniske egenskaber, som kan anvendes til at skifte i nanoelektronik.

Todimensionelle materialer er gået fra teoretisk nysgerrighed til anvendelse i det virkelige liv i løbet af mindre end to årtier; det mest kendte eksempel på disse, grafen, består af velordnede plader af kulstofatomer. Selvom vi er langt fra at udnytte det fulde potentiale af grafen, dens bemærkelsesværdige elektriske og termiske ledningsevne, optiske egenskaber og mekanisk modstandsdygtighed har allerede ført til en lang række industrielle anvendelser. Eksempler omfatter energilagringsløsninger, biosensing, og endda substrater til kunstigt væv.

Endnu, på trods af den vellykkede overgang fra 3D til 2D, barrieren, der adskiller 2D og 1D, har været betydeligt mere udfordrende at overvinde. En klasse af materialer kendt som overgangsmetal monochalcogenider (TMM'er, overgangsmetal + gruppe 16 element) har fået særlig interesse som en potentiel nanotråd inden for præcisionsnanoelektronik. Teoretiske studier har eksisteret i over 30 år, og foreløbige eksperimentelle undersøgelser har også haft held med at fremstille små mængder nanotråd, men disse var normalt bundtet, for kort, blandet med bulkmateriale eller blot lavt udbytte, især når præcisionsteknikker var involveret, f.eks. litografi. Samlingen var særlig problematisk; kræfter kendt som van der Waals-kræfter ville tvinge ledningerne til at samle sig, effektivt maskerer alle de unikke egenskaber ved 1D-ledninger, som man måske ønsker at få adgang til og anvende.

Nu, et hold ledet af adjunkt Yusuke Nakanishi fra Tokyo Metropolitan University er lykkedes med at producere bulkmængder af velisolerede enkelt nanotråde af TMM. De brugte lille, åbne ruller af enkeltlags kulstof, eller kulstof nanorør (CNT'er), at skabe en skabelon for samlingen og reaktionen af ​​molybdæn og tellur til ledninger fra en damp. Det lykkedes dem at producere enkelte isolerede ledninger af TMM, som kun var 3-atomer tykke og halvtreds gange længere end dem, der blev fremstillet ved hjælp af eksisterende metoder. Disse nanometer-størrelse CNT "reagensrør" blev også vist ikke at være kemisk bundet til ledningerne, effektivt at bevare de egenskaber, der forventes af isolerede TMM-ledninger. Vigtigt, de "beskyttede" effektivt ledningerne mod hinanden, giver mulighed for hidtil uset adgang til, hvordan disse 1D-objekter opfører sig isoleret.

Mens man afbilder disse objekter ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi (TEM), holdet fandt ud af, at disse ledninger udviste en unik vridningseffekt, når de blev udsat for en elektronstråle. En sådan adfærd er aldrig set før og forventes at være unik for isolerede ledninger. Overgangen fra en lige til snoet struktur kan tilbyde en ny koblingsmekanisme, når materialet er inkorporeret i mikroskopiske kredsløb. Holdet håber, at evnen til at lave velisolerede 1D nanotråde betydeligt kan udvide vores forståelse af egenskaberne og mekanismerne bag 1D-materialernes funktion.