Nanotråde i atomare skala kan nu produceres i skala

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har opdaget en måde at lave selvsamlede nanotråde af overgangsmetalchalcogenider i skala ved hjælp af kemisk dampaflejring. Ved at ændre substratet, hvor ledningerne dannes, de kan indstille, hvordan disse ledninger er arrangeret, fra afstemte konfigurationer af atomisk tynde plader til tilfældige netværk af bundter. Dette baner vejen for industriel implementering i næste generations industriel elektronik, herunder energihøst, og gennemsigtig, effektiv, selv fleksible enheder.

Elektronik handler om at gøre tingene mindre – mindre funktioner på en chip, for eksempel, betyder mere computerkraft på samme mængde plads og bedre effektivitet, afgørende for at kunne leve op til de stadigt større krav til en moderne it-infrastruktur drevet af maskinlæring og kunstig intelligens. Og efterhånden som enheder bliver mindre, de samme krav stilles til de indviklede ledninger, der binder alt sammen. Det ultimative mål ville være en ledning, der kun er et atom eller to i tykkelse. Sådanne nanotråde ville begynde at udnytte en helt anden fysik, da elektronerne, der rejser gennem dem, opfører sig mere og mere, som om de lever i en endimensionel verden, ikke en 3D.

Faktisk, forskere har allerede materialer som kulstofnanorør og overgangsmetalchalcogenider (TMC'er), blandinger af overgangsmetaller og gruppe 16-elementer, som selv kan samles til nanotråde på atomare skala. Problemet er at gøre dem lange nok, og i skala. En måde at masseproducere nanotråde på ville være en game changer.

Nu, et hold ledet af Dr. Hong En Lim og lektor Yasumitsu Miyata fra Tokyo Metropolitan University har fundet på en måde at lave lange ledninger af overgangsmetal tellurid nanotråde i hidtil uset stor skala. Ved at bruge en proces kaldet kemisk dampaflejring (CVD), de fandt ud af, at de kunne samle TMC nanotråde i forskellige arrangementer afhængigt af overfladen eller substratet, de bruger som skabelon. Eksempler er vist i figur 2; i en), nanotråde dyrket på et silicium/silica-substrat danner et tilfældigt netværk af bundter; i (b), ledningerne samles i en bestemt retning på et safirsubstrat, efter strukturen af ​​den underliggende safirkrystal. Ved blot at ændre hvor de dyrkes, holdet har nu adgang til centimeterstore wafers dækket i det arrangement, de ønskede, inklusive monolag, dobbeltlag og netværk af bundter, alle med forskellige applikationer. De fandt også, at strukturen af ​​selve ledningerne var meget krystallinsk og ordnet, og at deres egenskaber, inklusive deres fremragende ledningsevne og 1D-lignende adfærd, matchede dem, der blev fundet i teoretiske forudsigelser.

At have store mængder lang, meget krystallinske nanotråde vil helt sikkert hjælpe fysikere med at karakterisere og studere disse eksotiske strukturer mere i dybden. Vigtigt, det er et spændende skridt i retning af at se anvendelser af atomisk tynde ledninger i den virkelige verden, i gennemsigtig og fleksibel elektronik, ultraeffektive enheder og energihøstapplikationer.