Medzinárodný tím výskumníkov použil unikátny nástroj vložený do elektrónového mikroskopu na vytvorenie tranzistora 25 000-krát menšieho, než je šírka ľudského vlasu.

Na výskume publikovanom v Science sa podieľali výskumníci z Japonska, Číny, Ruska a Austrálie, ktorí pracovali na projekte, ktorý sa začal pred piatimi rokmi.

Profesor Dmitriy Golberg, spoluriaditeľ QUT Center for Materials Science, ktorý viedol výskumný projekt, uviedol, že výsledkom je „veľmi zaujímavý zásadný objav“, ktorý by mohol viesť k budúcemu vývoju malých tranzistorov pre budúce generácie pokročilých výpočtových systémov. zariadení.

Profesor Dmitriy Golberg viedol tím, ktorý pomocou unikátneho nástroja vloženého do elektrónového mikroskopu vytvoril tranzistor o 25 000 menší ako šírka ľudského vlasu. Kredit: QUT

„V tejto práci sme ukázali, že je možné kontrolovať elektronické vlastnosti jednej uhlíkovej nanorúrky,“ povedal profesor Golberg.

Výskumníci vytvorili malý tranzistor súčasným aplikovaním energie a nízkeho napätia, zahrievaním uhlíkovej nanorúrky pozostávajúcej z niekoľkých vrstiev, kým sa vonkajšie obaly neoddelia, čím zostane jednovrstvová nanorúrka.

Potom teplo a napätie zmenili „zapletenie“ nanotrubice, čo znamená preskupenie vzoru, v ktorom sa atómy uhlíka spájajú, aby vytvorili jednu atómovú vrstvu steny nanorúrky.

Výsledkom novej štruktúry spájajúcej atómy uhlíka bolo, že sa nanorúrka premenila na tranzistor.

Členovia tímu profesora Golberga z Národnej univerzity vedy a techniky v Moskve vytvorili teóriu, ktorá vysvetľuje zmeny v štruktúre atómov a vlastnostiach pozorované v tranzistore.

Vedúci autor Dr Dai-Ming Tang z Medzinárodného centra pre architektúru nanomateriálov v Japonsku uviedol, že výskum preukázal schopnosť manipulovať s molekulárnymi vlastnosťami nanorúrok na výrobu nanoelektrických zariadení.

Dr Tang začal pracovať na projekte pred piatimi rokmi, keď profesor Gulberg viedol výskumnú skupinu v tomto centre.

„Polovodivé uhlíkové nanorúrky sú sľubné na výrobu energeticky účinných nanotranzistorov na výrobu mikroprocesorov, ktoré presahujú rámec kremíka,“ povedal Dr. Tang.

Anizotropia jednotlivých uhlíkových nanorúrok, ktorá jedinečne určuje atómovú geometriu a elektronickú štruktúru, však zostáva ťažko kontrolovateľná.

„V tejto práci sme navrhli a vyrobili intramolekulárne uhlíkové nanorúrkové tranzistory zmenou lokálneho kontrastu segmentu kovových nanorúrok mechanickým ohrevom a tlakom.“

Profesor Golberg povedal, že výskum demonštrujúci základnú vedu pri vytváraní malého tranzistora je sľubným krokom k budovaniu mikroprocesorov, ktoré presahujú rámec kremíka.

Tranzistory, ktoré sa používajú na spínanie a zosilňovanie elektronických signálov, sa často nazývajú „stavebné kamene“ všetkých elektronických zariadení vrátane počítačov. Apple napríklad tvrdí, že čip, ktorý poháňa budúce iPhony, obsahuje 15 miliárd tranzistorov.

Počítačový priemysel sa už desaťročia zameriava na vývoj stále menších a menších tranzistorov, no naráža na obmedzenia kremíka.

V posledných rokoch výskumníci urobili dôležité kroky vo vývoji tranzistorov s nanometrovou veľkosťou, ktoré sú také malé, že sa ich do špendlíkovej hlavičky zmestia milióny.

„Miniatúrovanie tranzistorov na nanometrové rozmery predstavuje veľkú výzvu pre moderný polovodičový a nanotechnologický priemysel,“ povedal profesor Golberg.

„Súčasný objav, aj keď je nepraktický pre sériovú výrobu malých tranzistorov, demonštruje nový princíp výroby a otvára nový horizont pre použitie nanorúrkových termomechanických úprav na získanie najmenších tranzistorov s požadovanými vlastnosťami.“

Odkaz: „Polovodičové nanokanály v kovových uhlíkových nanorúrkach termomechanickou zmenou“ od Dai-Ming Tang, Sergey V. Eruhen, Dmitriy J. Kvashnin, Victor A. Chen, Don N. Futaba, Yongjia Zheng, Rong Xiang, Xin Zhou, Feng-Chun Hsia, Naoyuki Kawamoto, Masanori Mitome, Yoshihiro Nemoto, Fumihiko Uesugi, Masaki Takeguchi, Shigeo Maruyama, Hui-Ming Band Cheng, Lishiu Yoshio Band, Lishiu Yoshio Pavel B Sorokin a Dmitriy Golberg, 23. decembra 2021 Dostupné tu. Veda.
DOI: 10.1126 / science.abi8884