Forskere bruger elektronmikroskop til at forvandle nanorør til en lille transistor

Et internationalt team af forskere har brugt et unikt værktøj indsat i et elektronmikroskop til at skabe en transistor, der er 25.000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Science , involverer forskere fra Japan, Kina, Rusland og Australien, som har arbejdet på projektet, der begyndte for fem år siden.

Meddirektør for QUT Center for Materials Science, professor Dmitri Golberg, som ledede forskningsprojektet, sagde, at resultatet var en "meget interessant fundamental opdagelse", som kunne føre en vej for den fremtidige udvikling af bittesmå transistorer til fremtidige generationer af avancerede computerenheder.

"I dette arbejde har vi vist, at det er muligt at kontrollere de elektroniske egenskaber af et individuelt kulstof nanorør," sagde professor Golberg.

Forskerne skabte den lille transistor ved samtidig at påføre en kraft og lav spænding, som opvarmede et kulstof-nanorør, der består af få lag, indtil de ydre rørskaller adskilles, hvilket kun efterlader et enkelt-lags nanorør.

Varmen og belastningen ændrede derefter nanorørets "chilaritet", hvilket betyder, at mønsteret, hvori carbonatomerne sluttede sig sammen for at danne det enkeltatomare lag af nanorørets væg, blev omarrangeret.

Resultatet af den nye struktur, der forbinder kulstofatomerne, var, at nanorøret blev omdannet til en transistor.

Professor Golbergs teammedlemmer fra National University of Science and Technology i Moskva skabte en teori, der forklarer ændringerne i den atomare struktur og egenskaber observeret i transistoren.

Hovedforfatter Dr. Dai-Ming Tang, fra International Center for Materials Nanoarchitectonics i Japan, sagde, at forskningen havde demonstreret evnen til at manipulere nanorørets molekylære egenskaber til fremstillet elektrisk udstyr i nanoskala.

Dr. Tang begyndte at arbejde på projektet for fem år siden, da professor Golberg stod i spidsen for forskningsgruppen på dette center.

"Halvledende kulstof-nanorør er lovende til fremstilling af energieffektive nanotransistorer til at bygge mikroprocessorer uden for silicium," sagde Dr. Tang.

"Det er dog fortsat en stor udfordring at kontrollere de individuelle kulstofnanorørs chiralitet, som entydigt bestemmer atomgeometrien og den elektroniske struktur."

"I dette arbejde har vi designet og fremstillet carbon nanorør intramolekylære transistorer ved at ændre den lokale chiralitet af et metallisk nanorør segment ved opvarmning og mekanisk belastning."

Professor Golberg sagde, at forskningen i at demonstrere den grundlæggende videnskab i at skabe den lille transistor var et lovende skridt i retning af at bygge mikroprocessorer uden for silicium.

Transistorer, som bruges til at skifte og forstærke elektroniske signaler, kaldes ofte "byggestenene" i alle elektroniske enheder, inklusive computere. For eksempel siger Apple, at chippen, der driver fremtidens iPhones, indeholder 15 milliarder transistorer.

Computerindustrien har i årtier været fokuseret på at udvikle mindre og mindre transistorer, men står over for siliciums begrænsninger.

I de senere år har forskere taget betydelige skridt i udviklingen af ​​nanotransistorer, som er så små, at millioner af dem kunne passe ind i hovedet på en nål.

"Miniaturisering af transistorer ned til nanometerskala er en stor udfordring for den moderne halvledende industri og nanoteknologi," sagde professor Golberg.

"Den nuværende opdagelse, selvom den ikke er praktisk til en masseproduktion af små transistorer, viser et nyt fabrikationsprincip og åbner op for en ny horisont for at bruge termomekaniske behandlinger af nanorør for at opnå de mindste transistorer med ønskede egenskaber." + Udforsk yderligere

Carbon nanorør kan hjælpe elektronik til at modstå det ydre rums barske forhold